33. Электромагнитная совместимость цифровых схем.

• Под внутренней электромагнитной совместимостью понимается свойство электронно-вычислительной техники (ЭВТ) и ее частей (корпуса частичные, комплектные) функционировать без ухудшения качества при существующей или заданной ЭМ обстановке.

• Обеспечение внутренней ЭМ совместимости – всё более актуальная задача из-за:

1) Уменьшения мощности сигналов цифровых устройств (график U_вых=f(t), показать, что мощность соотв. площади █).

2) Увеличения сложности устройств.

3) Роста взаимного влияния элементов из-за увеличения плотности компоновки.

4) Повышения тактовой частоты цифровых устройств (повышение быстродействия).

• Также серьезное влияние оказывают внешние помехи, проникающие по общим цепям питания, заземления, по сетям.

• Для обеспечения внутренней ЭМ совместимости необходимо, чтобы фактическая интегральная помеха была меньше допустимой. Графики зависимости допустимого напряжения (тока) помехи от длительности помехи:

• В справочниках, как правило, даётся статическая помехоустойчивость (помехозащищённость при длительности помехи, равной бесконечности, соответствует горизонтальному участку графика).

• Статическая помехоустойчивость для различных серий ИС:

U_пом = 0,4В ТТЛ (150-я серия)

U_пом = 0,125-0,15В ЭЛС (500-я серия)

U_пом = 1В МОП (144-я серия)

• Для удобства рассмотрения методов обеспечения внутренней ЭМ совместимости все электрические соединения можно разделить на 2 группы: электрически-длинные линии связи (ЭДЛС) и электрически-короткие линии связи (ЭКЛС).

34. Помехи в электрически-длинных линиях.

• ЭДЛС – линия связи, геометрическая длина которой соизмерима с длиной волны наиболее высокочастотной составляющей спектра дискретного сигнала (любой дискретный сигнал представляет собой ряд Фурье – суперпозицию гармонических составляющих).

• Практически ЭДЛС определяют из соотношения задержки сигнала в линии и длительности фронта передаваемого импульса: t_л ≥ 0,1∙t_фр – ЭДЛС; иначе, если t_л < 0,1∙t_фр – ЭКЛС. Одна и та же линия может быть как длинной, так и короткой, всё зависит от формы передаваемого сигнала, длительности фронта.

• Время передачи сигнала в электрических соединениях – 4-7 нс/м, поэтому при t_фр ~ 1нс электрически-длинной будут линии связи длинной 1,5-2 см (в пределах корпуса ИС). При t_фр = 5нс – длинная при >25см; если t_фр = 30нс – при 1,5м.

• Характеристическим параметром длинных линий является волновое сопротивление:

z_л = sqrt(L_л/C_л) [Ом]. Определив волновое сопротивление, нужно проводить согласование связей таким образом, чтобы «отсутствовал» отражённый сигнал. Это достигается при Z_{нагрузки} = Z_линии (но тогда амплитуда принятого сигнала 0,5).

• Помехи в электрически-длинных линиях.

При распространении сигнала в ЭДЛС, имеющих неоднородные волновые сопротивления, от этих неоднородностей может происходить отражение сигнала (например, от начала и от конца). Отражённый сигнал складывается с поступившим сигналом и искажает его. Параметры «неоднородностей», определяющие их свойства:

1) Внутреннее сопротивление источников сигналов (генераторов сигналов).

2) Сопротивление нагрузки (в конце линии).

3) Разветвлённость линии.

4) Составляющие электрических линий связи из участков различного конструкционного оформления (провода, печатные платы, коаксиальные кабели); разброс технологических параметров внутри одной конструкционной единицы.

• Отраженная от неоднородностей энергия, оценивается коэффициентами отражения по напряжению и по току:

k_U = (z_н - z_л) / (z_н + z_л); k_I = (z_л - z_н) / (z_л + z_н); U_отр = k_U∙U_пад, I_отр = k_I∙I_пад; k_U ~ -k_I (в противофазе) => согласование: z_н = z_л.

Отражённый сигнал = 0, если k_U = k_I = 0, это выполняется при z_н = z_л.

• Длинную линию можно представить в виде R-L-C-цепочки элементов (в вопросе №23). А затем представить их в виде дифференциальных уравнений и решить их. Решение приведёт к:

[См. рисунок справа]

• Случай 1) линия согласована, сигнал передаётся на выход без искажения, но с задержкой t_л. Устанавливается уровень напряжения U_вх/2.

• В случае 3) колебательный процесс.

• Необходимо помнить про максимальное допустимое напряжение база-эмиттер (см. 2-й и 3-й случаи).