Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Для ТТЛШ-схем эта длина равна 15 см, а для усовершенствованных маломощных ТТЛШ-схем она составляет 30 см. Для грубой оценки максимально допустимой длины проводника можно использовать следующую формулу: 1макс=/г/йт (и) Высовй обусокгуй Рис. 5.23. Присоединение сигнальной линии к передаюшеыу илн прпемному вентилю. о — возникновение перекрестных и нзлучательных помех в случае. когда обо ~аглай провод не связан непосредственно с логической землей Р1Р-корпусе; б — зффекгпвкмк спо соб присоединения скрученной сигнальной линии к передатчику илн приемнику. где 1,— время нарастания импульса (нс) и т — время распространения сигнала на единицу длины (нс/м).
Для маломощных ТТЛШ-схем 1,=5 нс и т=5 нс/м, а для ТТЛШ-схем 1,=1,5 нс. Для микропроцессоров и п-МОП-схем, в частности для микропроцессора типа 8085А, который подробно описывается в третьем томе, время нарастания тактового сигнала составляет 30 нс. Это означает, что длина линии связи, не снабженной специальными средствами для подавления отражений, в случае и-МОП- схем может достигать 3 м, В качестве шины данных, адресной шины и шины управления можно применять ленточный кабель из параллельных проводников с расстоянием между ними Рекомендации ло разработке и монтажу логических схем 289 1,27 мм. Система, содержащая микропроцессор 8085А, работает нормально при длине названных выше шин, не превышающей 1,5 м.
При использовании скрученных пар обратный провод присоединяется к логической земле передающей и приемной схем или буферов и соединяется непосредственно с выводами 1)1Р-корпуса (рис 5.23). Если обратный провод соединяетсв гй мур Рис. 5.24. Присоединение сигнаЛьной линия (а) через одно сопротивление к точке +Уз и через другое сопротивление — к земле. На осциллограмме (6) каж- дое деление по горизонтали соответствует 200 нс, а по вертикали — 2 В. с другими точками земли, могут возникнуть нежелательные связи и перекрестные помехи. Для скрученных сигнальных линий, присоединяемых к маломощным ТТЛШ-схемам, этот способ применим вплоть до длины линий 1,5 м. Отметим, что на, конце линии можно использовать только одну схему.
Для более длинных сигнальных линий (вплоть до -6 м) часто применяется способ, по которому линия передачи управляется ТТЛ-схемой или буфером, а на конце линии включается нагрузка с сопротивлением 130 Ом. Это сопротивление является причиной того, что высокий уровень понижается (по сравнению с уровнем в ТТЛ- и маломощных ТТЛШ-схемах с каскадным выходом) и лишь ненамного превышает верхний порог прием« Глава Ю ((л(бЮ б Рис. 5.23. Схема 3)ч7438 с разомкнутым коллектором (а), обеспечивающая управляющую мощность, достаточную для работы с сигнальной линией, которая нагружена на сопротивление 130 Ом.
На осциллограмме (б) каждое деление по горизонтали соответствует 200 нс, а по вертикали — 2 В. :ника. В этой ситуации необходимо использовать дополнительное .иагрузочное сопротивление, подключенное к точке +Ув (рис. 5.24). Оба сопротивления, включенные параллельно, дают полное сопротивление нагрузки 130 Ом. Среди ТТЛ-схем имеются буферы с открытым коллектором, которые обеспечивают на выходе ток 48 мА.
С помощью таких буферов можно непосредственно возбуждать линию из скрученных пар, нагруженную на 130 Ом (рис. 5.25). Маломощные ТТЛШ-буферы с открытым коллектором допускают максимальный ток до 24 мА, поэтому здесь опять требуется использовать комбинированную нагрузку, состоящую из двух сопротивлений. Мы можем ограничиться малым выходным током, как и в случае ТТЛ-схем с каскадным выходом, включая на конце сигнальной линии два нагрузочных сопротивления, которые вместе составляют 130 Ом. Одно сопротивление подключается к точке +Ув, а другое — к земле, как показано на :рис. 5,26. Высокий уровень в этом варианте достигает +3 В. Рекомендации ло разработке и монтажи логических схем 29а Рнс. 5,26.
Нагрузка сигнальной линии на два сопротивления, одно из которым присоединено к точке +Гга. а другое — к логической земле. Непостоянство волнового сопротивления вдоль линии, которое возникает, когда в сигнальную линию включается один или несколько разъемов, проявляется в виде отражений. Когда волновой фронт проходит участок с более высоким или более низким волновым сопротивлением, часть энергии волны возвращается на вход, где создается положительный или отрицательный перепад напряжения.
Однако эти возмущения не столь значительны, чтобы причинить какой-либо вред. Кроме того, отражения могут возникать в сигнальных линиях там, где в разных точках вдоль линии включены ответвления, ведущие к схемам или буферам. Изменение волнового сопротивления, которое возникает на входе схемы или буфера„ приводит к отражениям, проявляющимся в виде осцилляцнй на фронте или вершине импульса. При этом также наблюдается небольшое изменение формы логического сигнала, которое, однако, ни на что не влияет.
Наконец, источником паразитных осцилляций на фронте и вершине логического сигнала могуч "292 Глава 5 Я'ис, 5.27. Отражение в линии связи, не нагруженной на волновое сопротив- ление. 'быть неоднородности волнового сопротивления скрученной пары. Триггеры и одновибраторы также реагируют на помехи, которые возникают прн отражениях на выходе. Обычно после этих схем включаются буфер, вентиль или инвертор, выход которых нагружается на длинную сигнальную линию.
Сигналы от триггеров и одновибраторов подавать на разъемы без промежуточной схемы типа буфера ни в коем случае нельзя. Выходные сигналы управляющих буферов и передатчиков, нагруженных длинной линией, для других целей использовать нельзя, т. к. если к выходу буфера или передатчика подключена сигнальная линия и в ней имеют место отражения, искаженный выходной сигнал не будет уже совпадать с тем сигналом, который требуется для управления соответствующим вентилем или буфером (как, например, это видно из рис.
5,27). Время прохождения сигнала через изолированную сигнальную линию составляет примерно 5 нс/м и в зависимости от частоты сигнала оно увеличивается при переходе к скрученной паре до 4,5— 293 Рекамгндаиии по разработке и монтажу логических схем 20 нс/м'~. Чем выше частота, тем меньше время прохождения. Время нарастания и спада сигналов в логических схемах из рассмотренных в гл. 4 семейств равно 5 и 1,5 нс соответственно. Это означает, что, если на выходе маломощной ТТЛШ-схемы сигнальная линия будет короче 0,5 м, возникающие отражения появятся па фронте сигнала.
Действительно, эти отражения видны, когда соответствующие сигналы наблюдаются на экране осциллографа. Передающие и приемные схемы должны быть устойчивыми к выбросам, возникающим вследствие отражений. Входы различных ТТЛ-, а также КМОП-схем снабжены диодными ограничителями, которые защищают эти схемы от вредного воздействия названных выше помех.
Кроме того, эти диоды быстро гасят отраженную энергию, что приводит к стабилизации режима работы сигнальной линии. 5.6. Осцилляции После отражений в сигнальных линиях наблюдаются паразитные осцилляции, которые иногда называются «звоном». Каждая сигнальная линия обладает индуктивностью и паразитной емкостью относительно земли, которые образуют колебательиый контур, возбуждаемый под действием импульсного сигнала.
Мы называем колебания этого контура осцилляциями; они наблюдаются в случае сигналов высокого и низкого уровней (рис. 5.28). Отражения и осцилляции представляют собой в принципе одно н то же явление, за исключением того, что в случае отражений колебательный контур образуется из длинного резонирующего проводника (возникают стоячие волны), а при осцилляциях этот контур образуется из индуктивности короткого соединительного проводника и емкости относительно окружающих элементов и паразитных емкостей, которые возникают в присоединяемых схемах (3 пФ на каждый вход). Как в случае отражений, так и в случае осцилляций речь идет о возбуждении затухающей бегущей волны с частотой повторения импульсного сигнала.
Всякий раз, когда появляется импульс, в линии передачи или колебательном контуре возбуждаются затухающие колебания. Амплитуда и длительность колебаний определяются добротностью этого паразитного контура и крутизной импульсного фронта. " Зависимость от частоты появляется по той причине, что из-за конечной величины сопротивления проводника и сопротивления изоляции волновое сопротивление является комплексной величиной, и поэтому скорость движении волнового фронта зависит от частоты. — Прим. Ред.
Глава б Грал Гр„у а Рис. 5.28, Резонирующая сигнальная линия, нагруженная на относительно большую паразитную емкость. В резонансе входаой импеданс уменьшается до небольшой велмчииы. Напряжение на паразитпой емкости обычно «алеблется. С увеличением парааитной емкости резонанс возникает прн более низких частотах, поэтому осцилляция наблюдаются в более коротикх сигнальных линиях. Незатухающие колебания возникают, когда частота сигнала нмпуласиога генератора становится разной реэонансвой частоте параэнтного контура. Осциллограмма относитсн х СС-схеме, котараа является нагрузкой ИС 74ЬЗЗ7 с каскадным выходом (24 мкдк Здесь возникают дза типа осцилляций — на высоком уровне вз-эа параилельнога Ь С,-контура и на низком уровне из-за последовательного С,С -кон- » тура.
Для спадающего фронта песледовательный контур управлнется «жестче», чем длв нарастающего фронта, что хорошо видно нз формулы для расчета амплитуды осцил- лаций. Если длительность фронта импульса 1, известна, можно легко рассчитать максимальную частоту, присутствующую в нем (у„,„,. 1/2пс,) 4>. Осцилляции возникают также, если паразитный контур имеет резонансную частоту, лежащую в диапазоне между частотой повторения импульса и 1мэкс.
Для маломощных ТТЛШ-схем о Она совпадает с максимальной частотой, возбуждение которой возмож- но, — Прим. рад. Рекомендации ао разработке и монтоеку логических схем 29о тнувы6 Рис. 5.29. Оспиллянии, возникающие в участке сигнальной линии, иагружее. ном на паразитную емкость. ггмакс 32 МГц, а для обычных ТТЛШ-схем ~некс 96 МГц. Таким образом, неудивительно, что короткая линия связи, соединенная с ТТЛ-схемой, может возбудиться. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
