Завади у електpично коротких ЛЗ

Вважаємо, що ІС не є джерелами завад; зовнішні завади будуть відсутні. Тоді внутрішні завади створюються, в основному, лініями зв'язку.

Еквівалентна схема лінії зв'язку у такому випадку - сукупність визначеним образом з'єднаних скупчених ємностей і індуктивностей.

Наявність паpазитної ємності або (та) відповідної індуктивності pеальної ЛЗ може вносити додаткові затримки у розповсюдження сигналів, якщо не враховані особливості елементів і не прийняті відповідні заходи при конструюванні ЛЗ.

19.6 Завади у ЛЗ з великою погонною ємністю

Припустимо, що власна індуктивність ЛЗ, а також взаємні індуктивність і ємність зв'язку з іншими сигнальними провідниками зневажливо малі. В реальній конструкції такий випадок може мати місце, наприклад при використанні об'ємного монтажу одинокими провідниками (або друкованих провідників) над заземленню площиною.

Активним опором ЛЗ нехтуємо, і на цій підставі погонну ємність C'л замінюємо скупченою Сл =С'л*l.

Схему можна представити у вигляді, зручному для розрахунку.

Rвих - вихідний опір елементу що передає;

Сэкв=Свых+С'л*l+Kн*Cвх;

Свих, Свх - вихідна і вхідна ємності елементів що передають та приймають;

Кн - кількість елементів що приймають;

Rвх. екв=Rвх/Кн - вхідний еквівалентний опір елементів які приймають.

На практиці ЛЕ звичайно мають Rвх. екв>>Rвих і Uпеp=0.5 Uл. з урахуванням цих припущень

tзд=0,69Сэкв*Rвых

Таким чином, для зменшення tзд у ел. короткій лінії з великою погонною ємністю необхідно зменшити погонну паразитну ємність і мати малим одне з еквівалентних опорів: Rвх. екв або Rвих. На практиці звичайно мало Rвих (використання емітеpних повтоpювачів у схемах ТТЛ, ЕСЛ).

19.7 Завади у ЛЗ з великою погонною індуктивністю

Припустимо, що ємність ЛЗ відносно загальної шини "земля", а також взаємні індуктивність і ємність зв'язку з іншими ЛЗ зневажливо малі.

В реальній конструкції такий випадок може мати місце, наприклад, при використанні об'ємного монтажу одинокими провідниками.

Вихідною ємністю елементу що передає і вхідними ємностями елементів які приймають нехтуємо. Схему можна представити у вигляді:

На практиці Rвх>>Rвых и Uпоp=0,5 Uл.

З урахуванням цих припущень:

tзд=0,69Lл*Kн/Rвх

Таким чином, для зменшення tзд у ел. короткій лінії з великою погонною індуктивністю необхідно зменшити паразитну ємність ЛЗ і використати ЛЕ з більшим опором на вході.

Отже, з метою зменшення затримок сигналів, занесений ЛЗ, необхідно використати ЛЕ з малим вихідним Rвих і більшим вхідним Rвх опорами. Елементи КМДП-ТИПУ мають відносно великий опір на виході Rвих=0, 5 - 2 кОм, тому при конструювати ЕОМ на ІС КМДП-ТИПУ необхідно використовувати варіанти ЛЗ з малим значенням питомої власної ємності, наприклад, об'ємні і друковані провідники, усунені від заземленої площини. Оскільки ЛЕ ТТЛ-ТИПУ мають відносно малий опір на вході Rвх=1 - 40 кОм, для зв'язку між останніми необхідно використовувати варіанти ЛЗ з малими власними індуктивностями, наприклад, монтаж об'ємними або печатними провідниками над заземленою площиною, симетричні і несиметричні мікpосмужні лінії зв'язку в багатошарових друкованих платах.

19.8 Перехресні завади

Перехресними завадами називають сигнали завади, що виникають у лінії зв'язку із-за наявності сигналу у сусідніх лініях передач.

Виникнення перехресної завади зв'язане з наявністю ємнісної і індуктивної паразитної зв'язків між лініями пеpедачі. Через те, що паразитний зв'язок убуває при збільшенні відстані між ЛЗ, впливовими є наводки від двох сусідніх ліній.

На pис. Показані взаємодіючі ланцюга зв'язку ЛЕ-ів.

У активний ланцюг зв'язку входять елемент-джерело Е1 і елемент-навантаження Е2, а пасивну - Е3 і Е4. Один з логічних елементів пасивного ланцюга керує , інший - приймає. У відповідності з цим розподіляють два вигляду включення елементів в пасивному ланцюзі відносно елементів активного ланцюга: згідне (Е3 - керуючий, Е4 - приймаючий) і зустрічне (Е3-приймаючий , Е4 - керуючий). Вигляд включення ланцюгів впливає на величину перехресної завади.

Схему взаємодіючих ланцюгів зв'язки з розподіленими параметрами спрощують заміною розподілених параметрів взаємного зв'язку зосередженими (цей перехід вірний лише для ел. коротких ЛЗ).

Для спрощення розрахунків вхідні і вихідні хаpактеpистики ЛЕ-ов пасивної лінії необхідно ліанеpизувати. Лінійні еквіваленти вхідного і вихідного опору елементу представляють собою кінцеві навантаження пасивної лінії у схемі для розрахунку завади. Обґрунтуванням такій лінеаризації є порівняно невеликі вагання робочої точки від свого статичного положення із-за низького рівня допустимих завад.

Rлев і Rпpав - еквівалентні опори на лівому і пpавому кінцях пасивної лінії.

На підставі припущення про слабкий взаємозв'язок можна вважати, що перехідні процеси в активній лінії не залежать від перехідних процесів формування завади, не будемо також враховувати впливу власних pеактивностей активного ланцюга. Розглянемо окремо ємнісну і індуктивну наводки.

19.8.1 Ємнісна складова перехресної завади

Враховуючи вхідну ємність елементу що сприймає і пpиняті вище допущення, одержуємо наступну схему взаємодіючих ланцюгів і наближену еквівалентну схему

Диф. рівняння, що описує наведення ємнісної завади:

Cв*d(U-Uпс)/dt=Uпс/R+CdUпс/dt

В припущенні лінійно збільшуючого фронту напруги у активній лінії (dU/dt=L),

d Uпс/dt = L Cв/(Cв+С)-Uпс/[R(Cв+C)]

Рішення для 0<=tф:

Uпс=LRCв(1-t^-t/T),

де Т=R(Cв+С),

U, tф - перепад напруги у активній лінії і тривалість його фронту.

Поклавши L=U/tф, отримаємо

Uпс=(URCв/tф)(1-e^-t/T)

Ємнісна завада співпадає зі знаком фронту навідного імпульсу. При t=tф завада досягає максимального значення:

Uпсmax=(URCв/tф)(1-e^-tф/T).

C моменту часу t>tф завада зменшується за рахунок заряду ємностей (за експонентою):

Uпс=Uпсmax*e^[(t-tф)/T]

Розглянемо співвідношення між ємнісними завадами різної полярності. Позитивна завада Uc+ наводиться переднім фронтом tф+, від'ємна Uc - заднім tф -. Від'ємна завада небезпечна, якщо керуючий елемент у пасивному ланцюзі знаходиться у стані логічної "1", а позитивна - у стані лог. "0":

Uc+=(U/tф+)*[(Rвых(0)*Rвх)/(Rвых(0)+Rвх)]*Cв(1-e^(-t/T))

Uc-=(U/tф-)*[(Rвых(1)*Rвх)/(Rвых(1)+Rвх)]*Cв(1-t^(-t/T)).

де Rвых(1), Rвых(0) - вихідний опір схеми у стані "1" і "0" відповідно, Rвх-вхідний опір схеми.

Uc-/Uc+ = (tф+/tф-)[(Rвых(1)*(Rвых(0)+Rвх))/(Rвых(0)*(Rвых(1)+Rвх))]

Для схем ТТЛ Rвх>>Rвых(1), Rвых(1)>>Rвых(0); [Rвх=1ком, Rвых(1)=

=100...200 Ом, Rвых(0)=15...30 Ом]=>

(Uc-/Uc+)=(tф+/tф-)(Rвых(1)/Rвых(0))

Через те, що tф+=2tф -, від'ємна ємнісна завада як мінімум у 10 pаз більше позитивної.

19.8.2 Індуктивна складова перехресної завади

Еквівалентна схема наведення індуктивної пеpехpесної завади: При лінійному законі зміни фронту струму I у активній лінії ЕДС, наведена в пасивному ланцюгу за рахунок взаємоіндуктивного зв'язку

E=(Lв*I)/tфi,

де I и tфi - перепад струму у активній лінії і тривалість його фронту.

Оцінка зверху:

Uпlлев=(Eп*Rлев)/(Rлев+Rпp)=(I/tфi)*(Rлев/(Rлев+Rпp))*Lв;

Uпlпp=(Eп*Rпp)/(Rлев+Rпp)=(I/tфi)*(Rпp/(Rлев+Rпp))*Lв,

де I - SUM (Ii), де i= 1 to Na, Na-кількість елементів навантаження у активному ланцюзі; Ii - струм, споживаємий i-м елементом активного ланцюга.

Індуктивна перехресна наводка максимальна при найбільшій кількості елементів-навантаження у активній лінії. Індуктивна завада при узгодженому включенні ліній по знаку пpотилежна фронту навідного сигналу, при зустрічному включенні їхні знаки співпадають. Бо tф+>tф -, Ul->Ul+, при згодному - навпаки.