Электрические параметры печатных проводников

Эскиз	Волновое сопротивление, Ом	Емкость, пФ/м	Индуктивность, мкГн/м
			1,25
			1,06lg

Поскольку диэлектрическая проницаемость воздушной среды и лакового покрытия платы отличаются (у лакового покрытия выше), то волновое сопротивление микрополосковых линий, покрытых лаком, будет меньше, а емкость выше.

Двухпроводная несимметричная линия передачи с общим обратным проводом. В двухпроводной ЛП, в которой обратный ток линии протекает по общему для всех линий проводу, называемому землей, с возрастанием зазора между прямым проводом и землей увеличивается индуктивность. Помеха обуславливается действием магнитного поля контуров связи соседних линий, а также активных контуров, создающих магнитные поля. На рис. 5.11а наклонными стрелками условно изображено магнитное поле, пересекающее контур связи ЛП, а стрелкой на проводе - направление паразитного тока, наведенного этим магнитным полем. Величина индуцируемого напряжения помехи при разрыве контура связи вычисляется из:

,

Рис. 5.11 Выполнение электрических соединений

Несимметричной (а, б) и симметричной (в,г) линиями передач.

где B - магнитная индукция, Г; S - площадь петли связи, см .

Уменьшение паразитной связи возможно сокращением площади контура путем укладки провода непосредственно по поверхности земли (рис. 5.11б), использованием симметричной двухпроводной ЛП (рис. 5.11в). В последнем случае уменьшается индуктивность линии передачи. Обратный провод двухпроводной ЛП в низкочастотных схемах должен заземляться в одной точке на входе или выходе линии связи во избежание появления контуров токов заземления и, как следствие, помехи из-за возможной разности потенциалов между точками заземления.

Свитая пара. Свитую пару получают переплетением между собой с определенным шагом двух изолированных проводов. Благодаря свиванию проводов вместо одного контура связи получается как бы несколько одинаковых по площади малых контуров. В представленной на рис. 5.11г схеме соединения элементов свитой парой стрелками показаны наводимые внешним магнитным полем токи помех контуров, имеющие противоположное направление и взаимно компенсирующиеся.

При свивании проводов снижаются электромагнитные связи между ЛП и повышается защищенность их от взаимных и внешних помех. Для ЛП с диаметром жил 0,9 ... 1,2 мм шаг свивания должен быть 100 ... 300 мм, для диаметров 0,3 ... 0,8 мм шаг выбирают в пределах 40 ... 90 мм. Для различных шагов свивания коэффициенты ослабления помех достигают следующих значений:

шаг свивания, мм 100 75 50 25

коэффициент ослабления, дБ 23 37 41 43.

Индуктивность свитой пары ниже, чем индуктивность несимметричной двухпроводной ЛП.

Волновое сопротивление свитой пары вычисляется по выражению

,

где - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и изоляции проводов; - диаметр провода с изоляцией и без изоляции.

К недостатку метода монтажа свитой парой следует отнести увеличение массы и суммарной длины проводов вдвое по сравнению с несимметричной ЛП.

Свитая пара обеспечивает хорошую защиту от электромагнитных помех до частоты 100 кГц и удовлетворительную до частоты 10 Мгц, обеспечивая при этом постоянство волнового сопротивления.

Коаксиальный кабель. Улучшение помехозащищенности ЛП в высокочастотной аппаратуре достигается применением коаксиальных кабелей (рис. 5.8д). Коаксиальный кабель является двухпроводной линией передачи и состоит из внешнего трубчатого проводника (оплетки), внутри которого соосно размещается провод, разделенный диэлектрической средой от внешнего проводника.

Промышленностью выпускаются коаксиальные кабели с волновым сопротивлением от 50 до 3200 Ом и номинальным диаметром от 0,6 до 120 мм. Марка кабеля указывает на его тип, волновое сопротивление, диаметр, группу изоляции и нагревостойкости, порядковый номер разработки. Например, марка кабеля РК-50-4-11 означает, что это - радиочастотный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром 4 мм, обычной нагревостойкости (1) с порядковым номером разработки 1.

Коаксиальный кабель используется для передачи разнообразных сигналов в широком частотном диапазоне. Постоянство электрических параметров (волнового и активного сопротивления, шунтирующей емкости и т.п.), высокая защищенность от электрических и электромагнитных полей обуславливает широкое использование коаксиальных кабелей в вычислительной технике.

При межприборной коммутации низкочастотной аппаратуры для предотвращения появления контуров заземления оплетка коаксиального кабеля заземляется на одном из концов ЛП через выводы электрического соединителя. Оплетка кабеля высокочастотной аппаратуры соединяется с линией нулевого потенциала в нескольких точках через интервал 0,25 , где - длина волны передаваемого сигнала на самой высокой частоте. При протекании значительных токов по линии нулевого потенциала многоточечное заземление кабеля теряет свою эффективность и не должно использоваться.

В табл. 5.5 приведены основные марки коаксиальных кабелей с указанием основных областей их применения.

Наличие оплетки коаксиального кабеля приводит к резкому возрастанию емкости прямого провода ЛП на экран, что обязательно должно учитываться на этапе проектирования схем. Коаксиальные кабели имеют значительные габариты, сложны в монтаже и могут быть рекомендованы для внутри и межмодульной коммутации. Коаксиальные кабели должны быть согласованы с входными или выходными сопротивлениями коммутируемых элементов.

Таблица 5.5. Основные марки коаксиальных кабелей.

Наименование	Марка	Рабочая температура,0С	Область применения
Кабели радиочастотные со сплошной изоляцией	РК-50-2 РК-75-4 РК-100-7 РК-50-9 РК-75-9	-60 ... +70	Стационарная и передвижная аппаратура
Кабели спиральные	РС-400-7 РС-1600-7	-60 ... +85	Элементы задержки импульсных сигналов
Кабели радиочастотные, теплостойкие, малогабаритные	РКТ-72 РКТ-73	-60 … + 125	Внутриблочный монтаж

Электрические параметры объемного монтажа. Аналитические зависимости для оценки электрических параметров объемного монтажа представлены в табл. 5.6.

Таблица 5.6. Электрические параметры вариантов объемного монтажа.

Эскиз	Волновое сопротивление, Ом	Емкость, пФ/м	Индуктивность, мкГн/м
		24,3 ;	0,46 ;
		24,1	0,46lg
		24,1	0,46

Примечание. 1 - провод; 2 - земля; 3 - оплетка коаксиального кабеля; - относительная диэлектрическая проницаемость внутренней изоляции кабеля; D - диаметр коаксиального кабеля без учета удвоенной толщины оплетки с изоляцией; d - диаметр провода и жилки коаксиального кабеля.

В практике конструирования трудно получить волновое сопротивление ЛП ниже 30 и более 600 Ом. В зависимости от конкретного типа провода, шага свивания волновое сопротивление свитой пары имеет величину около 110 ... 130 Ом. При конструировании, например, цифровой аппаратуры, стремятся разрабатывать и использовать линии передачи с большим волновым сопротивлением и малой шунтирующей емкостью.

Разводка линий передач. Разводка ЛП может быть осуществлена последовательно и параллельно (табл. 5.7). Сравнение видов разводок производится по суммарной длине соединений, быстродействию, надежности, развязки.

Таблица 5.7. Виды разводки линий связи.

Тип разводки	Функциональная схема	Эквивалентная схема	Время задержки
Последовательная			Около 3L/Rп
Параллельная			Около L/Rп

Последовательная разводка обеспечивает связи минимальных длин, легкость в проектировании и монтаже. Недостатком является наличие цепей, по которым текут суммарные токи приемников П, вызывающие значительные падения напряжения на проводниках и, как следствие, гальваническую помеху. Отказ одного контакта или проводника приводит в худшем случае к отказу всех схем, нагруженных на источник сигнала И.

При параллельной разводке имеет место наилучшая развязка цепей, отказ одного проводника или контакта сказывается на работоспособности только одного приемника П. Однако суммарная длина проводников монтажа увеличится. Наличие параллельных цепей связи ведет к перекрестным помехам.

В табл. 5.7 представлено сравнение последовательного и параллельного способов разводки по быстродействию. Приведенные схемы и допущения упрощают выводы и дают качественную картину процессов. Предполагается, что источник сигнала И удален от приемника сигнала П на расстояние , приемники расположены на расстоянии друг от друга. Если << , то индуктивностью ЛП между приемниками П можно пренебречь, емкостью линий передач так же пренебрегаем. Источник сигнала в эквивалентной схеме представлен источником напряжения , приемник – сопротивлением . Последовательная разводка для рассматриваемого варианта увеличивает задержку сигнала в 3 раза по сравнению с параллельной разводкой.