Применение ТТЛ микросхем

В качестве примера рассмотрим наиболее характерные случаи возникновения помех и их воздействия на ИС ТТЛ.

1. Передача сигнала осуществляется по параллельно расположенным проводникам в одном направлении (рис. 4.14. а). В этом случае наведенные в линии, связывающей элементы D3—D4, помехи пренебрежимо малы при переключении логического элемента D1 из состояния лог. 1 в состояние лог. 0 и наобор

от вследствие малого выходного сопротивления D3.

2. Более критичным является случай (рис. 4.14,6), когда направления распространения сигналов в линиях противоположны. Из возможных режимов работы этой схемы наиболее опасны два:

1) в линии между D3, D4 действует напряжение лог. 0, а элемент D1 переключается из 0 в 1; на входе D3 появляется положительный всплеск напряжения с амплитудой, которая может превысить пороговое напряжение ЛЭ;

2) на линии между D3, D4 действует напряжение лог. 1, а элемент D1 переключается из 1 в 0. В этом случае на входе D3 возникает отрицательный всплеск напряжения, что также может вызвать срабатывание элемента D3.

Рис. 4.14. Схема передачи сигнала

При увеличении длины сигнальных линий следует учитывать волновое сопротивление линии. Импульс, распространяющийся по линии, соединяющей элементы D3 — D4 (рис. 4.15), создает перекрестную помеху через полное сопротивление связи ZCB в цепи между Dl, D2. Логические элементы могут находиться в одном из двух состояний. Амплитуда наведенной помехи зависит от типа используемой линии и от взаимного расположения линий. Если происходит переключение элемента D3, то по линии D3—D4 распространяется сигнал, амплитуда которого определяется выходным сопротивлением D3 и волновым сопротивлением линии:

UЛА=UD3Z0 / (Rвых D3 + Z0)

где UЛА — напряжение, передаваемое по активной линии передачи D3—D4; UD3 — перепад напряжения на выходе D3; Rвых D3 — выходное сопротивление D3; Z0— волновое сопротивление линии. Эквивалентная схема связи приведена на рис. 4.16, а.

Отношение помеха-сигнал между линиями D3—D4 и Dl—D2 может быть вычислено с учетом сопротивления связи ZCB. В месте связи (см. рис. 4.15) на линии D1— D2 подключены две параллельные линии — к элементам D1 и D2. Напряжение на пассивной линии

UЛП = UЛА ,

где UЛП — напряжение, передаваемое по линии передачи Dl—D2. Эквивалентная схема приведена на рис. 4.16, б. Так как входное сопротивление элемента D2 всегда велико по сравнению с волновым сопротивлением линии, на входе D2 действует полное напряжение пассивной линии D1 — D2. Поэтому UBX D2 = 2 UЛП. Таким образом

UBX D2 / UD3 = Z0 Z0 / (Rвых D3 + Z0)(Z0+ ZCB).

При можно Rвых D3<< Z0 записать:

UBX D2 / UD3 =(1+ ZCB/ Z0)-1.

Это выражение и определяет значение отношения помеха-сигнал в линиях передачи.

Помеха, максимальна, когда передающая линия и линия, подверженная воздействию помехи, расположены близко друг к другу, но на большом расстоянии от общей шины. При этом линия имеет большое волновое сопротивление Z0, но малое сопротивление связи ZCB. Например, если линия состоит из двух проводов диаметром 1 мм, расположенных на расстоянии 0,8 мм друг от друга и 20 мм от общего провода, то волновое сопротивление линии 200 Ом, а сопротивление связи 80 Ом. При этом отношение помеха-сигнал UBX D2 / UD3 = (1 + 80/200)-1 = 0,7, что для ИС ТТЛ совершенно неприемлемо. Необходимо стремиться уменьшить это отношение, исключить близкое расположение проводников. Если в указанном примере проводники расположить на расстоянии 1 мм от земляной шины, то Z0 = 50 Ом и ZCB = 125 Ом и

UBX D2 / UD3 = (1 + 125/50)-1 = 0,28.

Это значение является критическим, особенно для быстродействующих ИС ТТЛ серии К531. При такой помехе, если и не нарушится работоспособность ИС, то существенно снизится помехоустойчивость. Типичное значение отношения помеха-сигнал, допустимое для ИС ТТЛ, составляет 0,2.

В случае использования витых пар показатель помеха-сигнал заметно улучшается. Если активная и пассивная линии выполнены витыми парами, расположенными рядом, то волновое сопротивление Z0 = 80 Ом, ZC = 400 Ом и

UBX D2 / UD3 = (1 + 400/80)-1 = 0,16.

Это значение приемлемо для всех ИС ТТЛ.

Взаимное влияние витых пар может быть ослаблено дополнительным экранированием, тогда их помехоустойчивость приближается к помехоустойчивости коаксиального кабеля, но витые пары дешевле и удобнее в эксплуатации.

Пластина „земли"

Рис. 4.17. Несимметричная полосковая линия

Рис. 4.18. Симметричная полосковая линия

Рис. 4.19. Зависимости отношения помеха-сигнал от расстояния между проводниками полосковой линии

Перекрестные помехи на печатных платах также определяются параметрами самой линии и паразитными реактивными связями между близко расположенными печатными проводниками. Наибольшая помеха возникает, если длина участка, на котором печатные проводники расположены рядом, больше критической, т.е. задержка распространения на этом участке превышает длительность фронта импульса, наводящего помехи. Несимметричная полосковая линия на плате состоит из сигнального проводника, отделенного от «земляной» пластины диэлектрическим материалом (рис. 4.17), а в симметричной полосковой линии сигнальный проводник размещен внутри изоляционного материала между двумя земляными пластинами (рис. 4.18). Параметры несимметричных и симметричных полосковых линий (ε =5) в зависимости от их размеров Н и W приведены соответственно в табл. 4.6 и 4.7. Предполагается, что толщина t полосковых линий относительно размеров Н и W пренебрежимо мала.

Таблица 4.6

Таблица 4.7

 Скачать реферат