Завади в ланцюгах живлення.

Статичні завади в ланцюгах живлення.

Статичні завади у ланцюгах живлення можливі із-за падіння напруги на активному опорі шин "земля" і "живлення" при протіканні по них постійних струмів.

В найгіршому режимі з точки зору перешкодозахищеності працює n-й елемент, оскільки його реальна статична перешкодозахищеність зменшується у порівнянні з номінальною (паспортною) на значення падіння напруги на шині "земля" в точці його приєднання і для n-го елементу це падіння напруги складає максимальне значення Uпом.

Uпом= Rш*n*Iип + Rш*(n-1)*Iип + ... + Rш*Iип =

= Rш*Iип*n*(n+1)/2<= Uпом.доп.

Rш<= 2Uпом.доп./[Iип*(n+1)*n]

Констpуктивні способи по зменшенню постійних завад:

 - збільшення перетину шини "земля";

 - збільшення числа заземлюючих точок, що зменшує довжину загальних дільниць протікання струмів елементів;

 - використання заземлених мідних листів, до яких паяються усі оброблені дроти осередків або модулів;

 - використання навісних шин живлення;

 - використання для підвода живлення окремих шарів БДП.

19.10.1 Імпульсні завади в ланцюгах живлення.

Високочастотні завади у ланцюгах живлення зумовлюються головним чином:

- короткочасними збільшеннями ("кидками") струмів живлення ІС при переключенні останніх з одного логічного стану в інше; - динамічними струмами пеpезаpяду паразитних ємностей сигнальних ліній зв'язку (власних ємностей сигнальних провідників відносно шини "земля").

Ці відносно більші по значенню і короткі по тривалості струми (інколи сотні міліампер за одиниці наносекунд), які протікають по шині "земля" ланцюга живлення, викликають на індуктивності загальних шин "земля" імпульсні падіння напруги. Останні, пpикладені до входу ІМС, діють як імпульсні завади.

Розглянемо n елементів, (n-1) з яких одночасно переключаються з одного тривкого стану у інший, а на вхід одного, наприклад n-го елементу, підключений сигнал логічного нуля Uвх (0). Зневажаючи на активний опір шин "земля" і позначив Lш - індуктивність дільниці шини "земля", iип - пеpемінна складова струму живлення, переходимо до еквівалентної схеми.

Зневажаючи на активний опір шин "земля" і позначив Lш - індуктивність дільниці шини "земля", iип - пеpемінна складова струму живлення, переходимо до еквівалентної схеми.

Ідеалізуючи форму iип, знаходимо ЕДС самоіндукції lпом, що виникає у ШЗ при зміні струму живлення .

n-1

lпом=SUM(lпомi(t)=lпом1+lпом2+...+lпом(n-1)

i=1

де lпомi - ЕДС завади, що виникає на дільниці шини "земля", що з'єднує i-ю МС з (i-1)-й МС.

|lпом1| = 2 Lш*[((n-1)* Iип)/tнаp];

|lпом2| = 2 Lш*[((n-2)* Iип)/tнаp];

...............

|lпом(n-1)| = 2 Lш*( Iип/tнаp) =>

lпом = 2 Lш*( Iип/tнаp)*[(n-1)+(n-2)+...+2+1]=

= Lш*( Iип/tнаp)*n*(n-1)

Якщо задати допустимі значення імпульсної завади на вході із-за завад по ланцюгу живлення lпом. Доп., визначаємо допустиме значення індуктивності шини живлення:

Lш.доп. <= (lпом.доп.*tнаp)/[ Iип*(n*(n-1)]

Зменшення імпульсної завади lпом досягається або вибором ЛЕ з малими кидками струмів при переключенні (нап., ЕСЛ замість ТТЛ), або при заданій серії ІМС шляхом зменшення Lш, що, у свою чергу, може бути досягнуте:

 - збільшенням числа заземлюючих точок;

 - використанням заземлених мідних листів;

 - використанням для підводу живлення шарів БДП;

 - вибором навісної шини живлення;

 - використанням індивідуальних конденсаторів pазв'язки.

19.10.2 Розрахунок індивідуальних конденсаторів розв’язки.

Ідея використання ємностей розв’язки для зменшення імпульсних завад у ланцюгах живлення полягає у введенні індивідуальних для кожної ІС джерел енергії, роль котрих виконують ємності з малою власної індуктивністю (як плавило, керамічні С). Ці ємності у інтервалах між переключеннями МС заряджаються до номінального рівня напруги джерела живлення, а у час переключення ІС розряджаються на невеликі значення напруги , віддаючи струм пеpезаpяду ІС, яка переключається. Іншими словами, Сиp дозволяють локалізувати протікання динамічних струмів живлення у рамках ланцюга ІМС-СИp (паразитна індуктивність цього ланцюга зневажливо мала).

Вибір ємності Сиp робиться з рівняння заряду, накопичуваного Сиp за час переключення ЛЕ, заряду, який переноситься змінної складовою струму живлення за час переключення ЛЕ.

При цьому Uпом на Сиp не повинно бути більшим Uпом. доп.

Uпом.доп.*Cиp>= Iип*tнаp/2 ;=>

=> Cиp >=( Iип*tнаp)/(2* Uпом.доп.)

де Iип - макс. значення змінної складовою струму живлення .

На практиці - Iип=b*Iкз, де b - коефіцієнт, хаpактеpизуючий серію ІС (для схем ТТЛ-ТИПУ b=1/3); Iкз-вихідний струм короткого замикання МС; Uпом. Доп. - допустиме значення імпульсної завади на шині "живлення".

Для серій 133, 155 ИМС величина Сиp звичайно вибирається з розрахунку (7... 10) *10^3пФ на вентиль (Cиp>N*0, 007мкФ); для серії 164, 564, 765 - (1.5... 2) *10^3пф на вентиль. (Cиp>N*0, 002мкФ).

Низькочастотні завади у ланцюгах живлення виникають із-за кидків струму у системі живлення.

Для боротьби з низькочастотними завадами у ланцюг включаються великі електролітичні ємності (інакше у ланцюзі живлення можуть достатньо довго йти "повільні" відхилення напруги, і в принципі, мати місце резонансні явища).

20. Практичні рекомендації для забезпечення перешкодостійкості апаратних засобів ОТ.

Для зменшення сприйнятливості апаратури на ІМС до електромагнітних завад (зовнішніх!) на практиці необхідно:

 1. Максимально використовувати розв’язку по ланцюгу живлення, підключати Сиp до окремих мікросхем або групам мікросхем.

 2. Вибирати достатню ширину друкованих провідників шин живлення.

 3. Не плутати шину "земля" з "загальною шиною" системи (зворотній провід джерела живлення). Шина "земля" не повинна використовуватись для пеpедачі потужності. Провідники "земля" і "загальний" необхідно з'єднувати тільки в одній точці системи, у протилежному випадку утворюється замкнутий контур, що випромінює завади у схему.

 4. Живити ланцюги, які споживають великий струм, від окремого джерела. У цьому випадку змінні складові струму живлення не проникають у шини, що підводять живлення до логічних схем.

 5. Вибирати резистори втрат з мінімальним опором , що допускаються з точки зору потужності споживання або інших умов. Це особливо важливо у ІМС МДП-ТИПУ.

 6. У пристроях на ІМС ТТЛ-ТИПУ невикористанні логічні входи треба підключити до позитивної шини "живлення" через резистор 1кОм (для базового елементу!). У пристроях на ИМС МДП-ТИПУ, невикористанні логічні входи підключаються відповідно до позитивної або негативної шин, бо у іншому випадку може виникнути стан невизначеності у роботі ІС.

 7. Застосовувати в лінійних пристроях резистори та ємності, що мають допуск параметрів до 1% (виняток - резистори втрат та ємності блокуючих ланцюгів+-20%).

20.1 Практичні рекомендації по зменшенню завад у ЛЗ цифрових пристроїв.

КМДП-ТИП. Рекомендується:

 - Використовувати ДДП, двошаровий товсто плівковий або тонко плівковий монтаж;

 - провідники на різних сторонах ДП розташовувати у взаємо-пеpпендикуляpних напрямках;

 - прибирати сигнальні ЛЗ від шини "земля" і шини "живлення" (навесні шина типу "сандвіч" або порівняно вузькі друковані провідники);

 - зменшувати довжину поруч розташованих паралельних провідників;

 - збільшувати по можливості відстань між паралельними провідниками;

 - зменшувати по можливості ширину сигнальних друкованих провідників;

 - виконувати пpовідниковий монтаж між платами одинокими ізольованими провідниками, усуненими від шин "земля" і "живлення";

 - якщо затримка пеpедачі сигналу на більші відстані по лінії у джгуті не критична для праці пристрою , включати послідовно у сигнальному ланцюзі резистори величиною 1-10кОм з боку елементу-приймача. R збільшує вихідний опір пеpедавача, T=RCЛЗ, лінійно підвищується tф тривалість фронту сигналу, збільшується. Затримка переключення елементу-пpиймача, але, через те що зменшується швидкість наростання напруги та струму у ЛЗ, то пропорційно слабшає взаємний вплив між ЛЗ, що підвищує перешкодостійкість;

 - джгути об'ємних провідників поміщати у екран, заземлений хоча б з одного боку.

ТТЛ-ТИП. Рекомендується:

 - Використання МДП, у яких сигнальні шари чергуються зі шарами ланцюга живлення;

 - при використанні ДДП користуватись наклеєними мідними площинами,що виконують роль шини "земля", при цьому виводи ІМС "земля" (загальний) паяються безпосередньо до такої площини;

 - проводити об'ємний монтаж одинокими провідниками над заземленою площиною;

 - здійснювати зв'язки у межах осередків за допомогою друкованого монтажу, товсто плівкових або тонко плівкових провідників;

 - розташовувати сигнальні провідники у сусідніх шарах у взаємно перпендикулярних напрямках;

 - зменшувати довжину сусідніх сигнальних провідників;

 - використовувати непогоджені ЛЗ лише у межах осередків;

 - не вкладати у джгут одинокі провідники у межах осередків,а прокладати кожний об'ємний провідник у напряму, найкоротшої відстані між точками, що з'єднуються;

 - встановлювати ІМС-розсширювачи у безпосередній близькості від базового елементу, який розширяють, таким чином, щоб сумарна довжина провідників, що з'єднують означені елементи, не перебільшувала 0.1 м, при цьому довжина одного провідника не повинна перевищувати 0.04 м;

 - Виконувати одиноким провідником ЛЗ у межах осередку довжиною до 0.3 м для синхронних і до 0.2 м для асинхронних пристроїв;

 - з виходу одного елементу, що передає, проводити до 5 радіальних зв'язків з загальною довжиною ЛЗ не більш 0.5м;

 - непогоджені виті пари у межах осередку допускається об'єднувати у плоскі джгути (шлейфи), а також у групи пpовідників без зв'язки їх у джгути.

20.2 Електрично довгі ЛЗ

ТТЛ-ТИП. Рекомендується:

 - лінії довжиною від 0.3 до 1м виконувати непогодженими витими парами;

 - виконувати погодженими з одного боку (з боку передавача) ЛЗ, що виконуються витою парою довжиною від 1.0 до 3.0 м; погодження досягається послідовним включенням резистора Rс між передавачем і входом ЛЗ;При Zo=110-130ом витої пари Rc=80-100 Ом;

 - вмикати на прийомному кінці ЛЗ антиздвонні діоди, якщо вони не входять у схему прийомного, ТТЛ-ЕЛЕМЕНТУ;

 - зворотній дріт витої пари підключати безпосередньо до виводу "земля" приймача на другому кінці ЛЗ, при цьому довжина поділеної частини витої пари передавача не перевищує 0.03 м;

 - для ЛЗ довжиною більш 3.0 м використовувати радіочастотний кабель та спеціальні пpийомопередавачі; ЛЗ повинна бути узгоджена на обох кінцях;

 - розташовувати джгути витих пар у металевий екран з заземленням останнього з двох сторін, при цьому ланцюги заземлення екрана повинні володіти малою власною індуктивністю і омічним опором;

 - не залишати вільними (невикористаними) входи ЛЕ;

 - не забувати, що в симетричних та несиметричних мікpополоскових лініях можуть виникати зворотні завади амплітудою до треті від логічного перепаду;

 - з виходу одного елементу, що передає, допускається проводити не більш трьох витих пар сумарною довжиною не більш 2м;

 - сумарна довжина відводів, що виконуються одинокими провідниками від непогодженої витої пари, не повинна перевищувати 0.2 м;

 - сумарний протяг одиноких провідників у довгій ЛЗ, виконаної витої пари, не повинен перевищувати 0.2 м, а довжина всієї ЛЗ - 1м;

 - через те, що збільшення ємнісної завантаженості у кінці ел. довгої лінії призводить до небажаних відбитків на кінці лінії, що передає, найбільш бажаний варіант розводки сигналів по окремим ЛЗ, порівнюючи з варіантом, коли у кінці однієї лінії підключено декілька елементів, які приймають;

 - чергувати у плоскому кабелі сигнальні та зворотні земляні провідники;

 - роз’ємне сполучення плоского кабелю або джгута витих пар при необмеженому [a)] і обмеженому [б)] числі контактних пар:

 - мультиплексну ЛЗ, до якої підключено N пpийомопередавачів з виходом типу "відкритий колектор" або з виходом на три стани, погоджувати на кінцях ЛЗ так, як показано на рисунку:

Величини опору дільника R1-R2 вибирають з умов:

 А) погодження магістралі на її кінцях: (R1*R2)/(R1+R2) =Zo;

 Б) затримання у магістралі рівня логічної "1" при відключенні усіх передавачів (виходи усіх передавачів у відключеному, третьому стані): [(Uип*R2)/(R1+R2)] >=U^'1";

 В) забезпечення навантаженої спроможності передавачем на рівні "0" на вході:

Звичайно для системної магістралі типу Q-виду межах одного конструктивного блоку хвильовий опір магістральної лінії на кpосс-платі Zo=250 Ом, а величини опору R1 і R2 обирають 330 і 680 Ом відповідно.

При необхідності об'єднати магістралі двох (або більш) конструктивних блоків у кожному блоку забезпечується хвильовий опір магістpальної лінії кpос-плати Zo1=220-250 Ом, а хвильовий опір міжблочної лінії магістралі обирається Рівним Zo2=120 Ом.

При створенні одно направленої високо перешкодостійкості ЛЗ використовують ЛЗ типу "диференційна пара":

20.3 Рекомендації по зменшенню завад в ланцюгах живлення

КМДП-ТИП. Рекомендується:

 - шини ланцюгів живлення максимально віддаляти від сигнальних провідників;

 - шини ланцюгів живлення виконувати печатними провідниками шириною 2мм або навісними шинами;

 - шину "живлення" і шину "земля" розташовувати по можливості одне до одного;

 - в середньому на 30-50 корпусів МС встановлювати паpаметpичний конденсатор розв’язки ємністю 100*10^ (-9) Ф;

 - на вході ланцюгів живлення в осередок включати RC-фільтp: R=1 Ом, С= (6 - 10) ^ (-6) мкФ

ТТЛ-ТИП. Рекомендується:

 - як ланцюги живлення використати шари в БДП, навісні шини, мідні площини, наклеєні на ДП;

 - в випадку використання ДДП, якщо навісні шини живлення по будь-яким міркуванням використати не можна, виконувати заземлення ланцюга "земля" і ланцюга живлення в вигляді решітки друкованих провідників, по можливості максимально перекриваючи ними площу ДП;

 - зменшувати омічний опір ланцюгів живлення , домагаючись того, щоб падіння напруги на них по постійному струму не перевищувало 5-10мВ;

 - встановлювати для кожної ІС конденсатор індивідуальної розв’язки;

 - включати на вході ланцюгів живлення , безпосередньо за pоз'ємом електролітичний конденсатор ємністю до 100-200мкФ;

 - по можливості зменшувати індуктивність шин "земля" і "живлення" , хвильовий опір ланцюгів живлення , останнє найбільш просто досягається або використанням БДП, або навісних шин живлення, у вигляді "сандвіч" з мідних шин "земля" і "живлення" , між якими шар ізолятора з великою діелектричною постійної;

 - шунтувати резистори магістралей керамічними конденсаторами;

 - використовувати високочастотні фільтpи-пpобки у ланцюгах живлення між осередками і другорядним джерелом живлення .

"Інформаційна земля" і "силова земля" належні сходитися в одній фізичній точці (інакше - замкнутий контур!). Гальванічна розв’язка пристрою: тpансфоpматоp; оптpонна паpа; волоконно-оптичний канал.