3.11.2.6 Помехоустойчивость

Помехоустойчивость – это параметр, определяющий уровень значений импульсных помех, возникающих в цепях ЦУ питания в процессе его работы.

Типовой проблемой в данном случае является, в частности, наличие токовых импульсов в цепях питания ИС, которые создаются сквозными токами выходных каскадов типа и токами перезаряда емкостей.

Импульс сквозного тока переключающего ЛЭ1 (рис. 3.31,а) I_СКВ протекает через транзисторы выходного каскада, условно изображенные замкнутыми ключами, от источника питания U_CC на общую точку схемы GND через линии, имеющие полные сопротивления Z_CC и Z_GND. Главную часть сопротивлений составляют индуктивности линий, на которых выделяются напряжения U_L=Ldi/dt. Протекание сквозного тока создает на линии питания отрицательный импульс, а на линии общей точки («земли») – положительный.

Эти импульсы воздействуют на подключенный вблизи элемента ЛЭ1 элемент ЛЭ2. Если, как показано на рисунке, ЛЭ2 находится в состоянии лог. «0», то его выход через насыщенный транзистор выходного каскада, отображаемый замкнутым ключом, связан с линией GND, следовательно, импульс с этой линии попадает на выход ЛЭ2. При единичном состоянии элемента ЛЭ2 на его выход пройдет отрицательный импульс помехи с линии источника питания.

Рис. 3.31. Схемы, поясняющие процесс возникновения импульсных помех при переключении ЦЭ (а), и пути протекания сквозного тока при наличии в схеме фильтрующего конденсатора (б)

Для борьбы с этими опасными помехами нужны «хорошая земля» и фильтрация напряжения питания. Качество «земли» улучшается конструктивными мерами, снижающими сопротивление Z_GND: шины «земли» делают утолщенными, нередко для их реализации на печатных платах отводят целые плоскости многослойных конструкций, систему заземления соединяют с несколькими выводами на входных разъемах, чтобы сократить пути прохождения токов в этой системе и уменьшить активное сопротивление на контактах разъемов.

Для шин питания схемы наряду с конструктивными методами борьбы с помехой применяют и схемотехнические:

• в цепи выходных каскадов добавляют небольшие сопротивления, ограничивающие сквозные токи и токи перезаряда емкостей,

• используют элементы с управляемой крутизной фронтов для уменьшения производных сигнальных напряжений и токов,

• применяют развязывающие каскады на выходах ИС для ограничения емкостных нагрузок на этих выходах,

• используют фильтрацию питающих напряжений.

Для фильтрации напряжений питания между линией U_CC и «землей» включают конденсаторы. Высокая эффективность этого метода борьбы с паразитными связями элементов через цепи питания связана со следующим обстоятельством. ЦУ питаются от высококачественных источников стабилизированного питания, внутреннее сопротивление которых достаточно мало. Однако цепи обратной связи этих источников инерционны и не успевают отрабатывать короткие импульсы помехи. Поэтому для коротких помех выходное сопротивление источника питания не обеспечивает того низкого уровня, которое оно имеет при статическом режиме работы ЦУ. Установка фильтрующих конденсаторов С_Ф создает путь (рис. 3.31,б), по которому замыкаются импульсы сквозного тока и токи перезарядки емкостей, минуя сопротивление U_CC. Естественно, конденсаторы должны иметь малое сопротивление для высокочастотных сигналов, поэтому для фильтрации выбирают те типы конденсаторов, которые имеют малые паразитные индуктивности. Рекомендации по числу, типу и емкости фильтрующих конденсаторов вырабатываются практикой и приводятся в руководящих материалах по применению конкретных типов ИС.

Взавершении рассмотрения проблем борьбы с помехами следует сказать, что на практике диапазон допустимых значений этих помех находится в диапазоне0,6-0,9 В.