Применение ТТЛ микросхем

Уровень напряжения первого фронта импульса (точка а, рис. 4.21, а, б) определяется нагрузочной характеристикой, проведенной отточки В до выходной характеристики I. Это изменение уровня с задержкой передается линией и отражается от приемного ЛЭ (рис. 4.21, в). Возникающий скачок напряжения может быть определен по нагрузочной характеристике, проведенной от точки а до входной характеристики. Проце

сс повторяется до тех пор, пока отражения не станут пренебрежимо малыми.

Из графика видно влияние демпфирующего (антизвонного) диода на входе ЛЭ, который ограничивает отрицательный выброс напряжения на приемном ЛЭ и, соответственно, следующий за ним положительный выброс, который может вызвать ложное срабатывание ЛЭ. Малое волновое сопротивление линии приводит к значительному выбросу тока, потребляемого от источника питания, в передающем ЛЭ, так как ток при этом определяется волновым сопротивлением и низким выходным сопротивлением (около 10 Ом) передающего ЛЭ. Выброс тока является дополнительной помехой, особенно при некачественном выполнении «заземления», а также приводит к снижению надежности ИС.

Рис. 4.21. Отражения в линии при воздействии отрицательного фронта импульса

При графическом определении отражений в длинных линиях связи не учитываются паразитные емкости и индуктивности. Тем не менее графический метод полезен для качественной оценки эффектов, возникающих при изменении входной и выходной характеристик в результате колебаний напряжения питания и температуры окружающей среды, а также влияние волнового сопротивления линии связи.

Если нет возможности рассчитать фактические временные соотношения в системе и не накладываются ограничения, обусловленные перекрестными наводками, на длину линий связи (печатных проводников), необходимо ограничить максимальную длину проводников — длина проводника должна быть несколько меньше критической. Обычно длина печатных проводников (в пределах печатной платы размером 350 х 350 мм не более 300 мм, что несколько больше половины критической длины. Для ИС серий К155, К555 это вполне допустимо.

Критическая длина печатных проводников ИС серии К531 меньше, поэтому особенно тщательно необходимо провести анализ фактической длины проводников за пределами платы, так как длинные линии могут образоваться при переходе линий связи с платы на плату (в пределах панели), при работе на элементы индикации, при выводе на контрольные разъемы и т. д. В больших системах наиболее вероятно, что максимально допустимую длину превысят именно эти цепи, а не проводники, расположенные в пределах одной печатной платы. Особое внимание следует уделять тому, чтобы не было слишком длинных и несогласованных линий в цепях синхронизации.

Длина проводников ограничивает и размеры системы в целом. При построении систем с размерами больше предельных возникает необходимость использования дополнительных магистральных усилителей, экранированных кабелей, элементов согласования линий связи и т. п.

Способы повышения помехоустойчивости

Последовательное и параллельное согласование ИС ТТЛ с линией связи. Общий уровень помех определяется суммой помех от всех источников, поэтому в любом случае отражения ухудшают помехоустойчивость ИС ТТЛ. При проектировании устройства возникает необходимость управлять с помощью ИС ТТЛ длинными линиями. Наличие отражений в несогласованной линии создает серьезные ограничения. Паразитные колебания в линии можно устранить, подключив на ее конце резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению линии. При этом коэффициент отражения ρ = 0 и отражения отсутствуют. Если использовать согласующий резистор, включенный последовательно в линию, то вследствие падения напряжения на этом резисторе от тока нагрузки помехоустойчивость по напряжению снизится и может быть даже меньше, чем у линии без согласующего резистора. Например, при напряжении лог. 0 через резистор 100 Ом протекает ток 3,2 мА. Падение напряжения на нем, равное 320 мВ, определяет соответствующее снижение помехоустойчивости схемы по напряжению лог. 0 в статическом режиме.

В отдельных случаях допускается согласовывать длинные линии с помощью резистора, включенного последовательно в линию. Например, согласование линий связи, выполненных витой парой или коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 100 Ом, рекомендуется выполнять с помощью резистора сопротивлением 82 Ом с допустимым отклонением сопротивления ±5%, устанавливаемого непосредственно у выхода передающей ИС. Схемы связи, типы передающих логических элементов серии К155, число элементов нагрузки, ограничения на длину линии связи приведены в табл. 4.8. При определении приращения задержки распространения по таблице, длину линии связи следует брать в метрах. Первая нагрузка подключается одиночным проводом длиной не более 0,2 м или витой парой длиной не более 0,5 м. Диод VD введен для уменьшения длительности положительного фронта импульсов.

При последовательном согласовании длинных линий возможны различные варианты. В общем случае требованием обеспечения правильного построения схемы согласования является выбор номинала резистора таким, чтобы при протекании нагрузочного тока лог. 0 на нем было минимальное падение напряжения. Увеличение сопротивления резистора приводит к увеличению падения напряжения на нем и возрастанию напряжения лог. 0. что соответственно снижает помехоустойчивость ИС ТТЛ. Кроме того, необходимо обеспечить минимальное значение нагрузочного тока, вызывающего падение напряжения на резисторе. Например, неплохим решением будет организация линии связи, где в качестве передающего применен ЛЭ К555ЛН1, нагруженный через согласованную линию связи на один вход ИС серии К555. Линия связи представляет собой витую пару (провод МГТФ-2), волновое сопротивление которой 100 Ом. При протекании через согласующий резистор сопротивлением 100 Ом тока лог. 0 падение напряжения на нем ΔU = 1∙R = 0,04 В, что составляет 10% напряжения лог. 0.

В случае параллельного подключения согласующего резистора к линии необходимо, чтобы не был превышен допустимый нагрузочный ток для ИС, подключенных к линии, и были обеспечены напряжения логических уровней. Однако ИС ТТЛ со стандартным выходом не могут работать на резистор сопротивлением 50 — 200 Ом независимо от того, соединен ли этот резистор на выходе ЛЭ с общей шиной или с источником питания. При подключении резистора к общей шине не обеспечивается напряжение лог. 1, при подключении к источнику питания превышается нагрузочный ток лог. 0.

Рис. 4.22. Параллельное согласование ИС ТТЛ с линией передачи (С — развязывающий конденсатор)

Поэтому для согласования линий связи используются более сложные схемы с применением специальных буферных ИС. Требования к таким схемам следующие: выходные напряжения линии должны находиться за пределами выходных пороговых напряжений лог. 0 и Г, выходной втекающий и вытекающий токи в состоянии лог. 0 и 1 управляющего ЛЭ не должны превышать допустимых значений для данного элемента. Этим требованиям может отвечать схема, изображенная на рис. 4.22. Номиналы согласующих резисторов R1, R2 должны быть подобраны таким образом, чтобы их среднее сопротивление было близко волновому сопротивлению линии. При волновом сопротивлении линии, равно 100 Ом, сопротивление R1 может быть равно 150 Ом, тогда R2 = 470 Ом. В этой схеме выходной втекающий ток лог. 0 превышает 30 мА, что приводит к необходимости применения буферных ИС с повышенной нагрузочной способностью (К155ЛА6, К155ЛА7, К155ЛА13, К531ЛА13 и др.), но с соответствующим ограничением коэффициента нагрузки.

 Скачать реферат