18. Перекрестные помехи в коротких линиях связи.

С повышением плотности монтажа и размещения элементов между сигнальными проводниками возникает множество емкостных и индуктивных связей. Импульсные токи, протекающие по сигнальным цепям вследствие наличия паразитных связей, создают перекрёстные помехи. Величина этих помех не должна превышать допустимого предела и вызывать ложного срабатывания логических элементов.

Условно примем, что верхняя линия – активная – там протекает ток, а нижняя – пассивная – там просто уровень нуля или единицы. В реале же обе линии активные.

Тогда эквивалентная схема активной линии:

Появились 2 источника: тока – от емкостной помехи, и ЭДС – от индуктивной помехи. Их величина определяется:

перепады тока и напряжения в активной линии. Это можно проиллюстрировать следующим образом.

Влияние индуктивной связи:

Влияние емкостной связи:

Во втором случае всё будет зависеть от включения пассивной линии.

Актив. и пассив. линии м. б. включены:

А) Согласное включение:

Б) Встречное включение:

Временные диаграммы помех:

а) б)

Из диаграмм согласного включения видно, что при определенных условиях индуктивная и емкостная помехи могут компенсировать друг друга. В случае встречного включения компенсации нет.

Напряжение помехи можно вычислить из следующего выражения:

- перепады I и U в активной линии, - длительность фронта импульса в активной линии, - постоянная времени в пассивной линии. И вычисляется она:

Решение этого уравнения является действительным, если выполняется условие линеаризации фронтов линии:

А графически это выглядит следующим образом:

Таким образом, емкостная помеха существенна при больших перепадах напряжения в линии и больших сопротивлениях выхода схемы, чему способствует также малое волновое сопротивление линии.

Индуктивная помеха существенна при больших перепадах тока в линии, малых выходных сопротивлениях линии и больших волновых сопротивлениях, то погонная индуктивность в этом случае большая.

Для ТТЛ схем из-за низкого выходного сопротивления открытой схемы (состояние «0» при 10-30 Ом) преобладает отпирающая индуктивная помеха, и её величина максимальна при большом количестве нагрузок в активной линии.

Из-за значительно большего сопротивления закрытой схемы (состояние «1») запирающие помехи имеют емкостной характер, индуктивная компонента не вызывает в этом случае запирающего тока в пассивной линии и не может привести к сбою.

Емкостные помехи максимальны при малом числе нагрузок в активной линии. Для быстродействующих ТТЛ схем емкостной запирающей компонентой помехи можно пренебречь.

=> В маломощных ИС моно рассматривать только емкостную помеху. А в мощных – только индуктивную.

19. Импеданс цепей питания. Топология цепей питания печатных плат. Статистические помехи в цепях питания.

Помехоустойчивость цепей питания рассматривается ещё и при начальном проектировании устройства, и существует 4 возможности прокладки цепей питания и заземления:

1. расположить как придётся;

2. расположить компланарно, то есть параллельно в одной плоскости (а);

3. использовать параллельные шины питания, то есть с двух сторон друг над другом, при этом будет лучшее подавление помех (однако возникают проблемы с разводкой сигнальных проводников) (б);

4. использование заземляющих плоскостей для шин питания – применение многослойных печатных плат (в).

Д ля оценки качества цепей питания используется его импеданс. Чем меньше импеданс цепи, тем меньше падение напряжения на цепях питания, тем меньше помеха. Наименее возможный импеданс шин питания достигается при использовании многослойного печатного монтажа. При использовании двухслойных печатных плат часто применяют такую схему:

Это упрощает разведение сигнальных проводников.

Помехи в цепях питания возможны из-за падения напряжения на активном сопротивлении шин питания при протекания по ним постоянных токов, а также возможно возникновение ЭДС самоиндукции про протекании импульсных токов. Первый вид помех – статические помехи, второй – динамические (импульсные), а помехоустойчивость соответственно статическая и динамическая.

Статические помехи

Чтобы свести к минимуму постоянную помеху необходимо выбрать такую конструкцию шины питания, при которой падение напряжения постоянного тока было бы меньше заданного допустимого, рассчитанного из допустимой помехоустойчивости ИС.

Э то эквивалент того, что сказано.

Видно, что каждый последующий элемент питается меньшим напряжением. Последние элементы имеют наименьшую помехоустойчивость.

Чтобы записать уравнение, предполагают, что токи одинаковые через логические элементы, а сопротивления резисторов тоже одинаковые, тогда можно записать ля последнего элемента:

А для первого элемента:

Ну и общее падение напряжения: