Методы и средства передачи информации (Лекция №5)

Попытки согласования волнового сопротивления длинной линии с входными и выходными сопротивлениями каскадов логики затруднены следующими причинами:

−выходные сопротивления каскадов логики весьма малы, а входные одновременно и, что более неудобно, очень велики, причем для ТТЛ логики – это десятки кОм, а для КМОП – примерно единицы МОм. Важно то, что они (входные

ивыходные сопротивления) отличны на несколько порядков, хотя подключены к линии, имеющей фиксированное волновое сопротивление (иначе возникнут отражения на ее протяжении).

−значения входных и выходных сопротивлений нелинейно изменяются в процессе срабатывания логической схемы.

Возможный диапазон практически реализуемых значений волновых сопротивлений конструктивно простых ЛС (это обычно двухпроводные и коаксиальные линии) ограничен величинами 50…300 Ом. Поэтому согласование ЛС с входными и выходными цепями осуществляют с помощью согласующих устройств – пассивных четырехполюсников.

Согласование ЛС на стороне передатчика наиболее просто и практически безальтернативно осуществляется с применением последовательного дополни-

тельного сопротивления Rп (рис. 5.10), величина которого определяется из

Uп	Rп		Uп
		ЛС
Передатчик		Zв	Приемник

Рисунок 5.10 − Цепь согласования на стороне передатчика
Rп = Zв – Rвых г ,	(5.7)

где Rвых г – выходное сопротивление передатчика, Zв – волновое сопротивление ЛС.

21

Обычно Rп установлено изготовителем в корпусе ИМС и величина эффек-

тивного (с учетом Rп) выходного сопротивления каскада указана в паспортных данных.

Приемы согласования на стороне приемника менее однозначны и возможны на базе ряда схемных решений.

а) Подключение параллельно входу приемника дополнительного сопро-

тивления Rн (рис. 5.11), которое выбирается равным Zв (это следует из соотно-

шения Zн << Rвх).

Uп	ЛС	Uп
	Zв	Rн
Передатчик
		Приемник

Рисунок 5.11 − Цепь согласования на стороне приемника

Недостаток такого технического решения – возникающее смещение (из-за входных токов приемника) низкого потенциала входного каскада вверх к порогу срабатывания, т.е. снижение статической помехоустойчивости.

б) Подключение сопротивления Rв между входными зажимами приемника и шиной источника питания (рис. 5.12, а). Такое сопротивление обеспечивает режим согласования, если учесть, что по переменному току это сопротивление эквивалентно включению Rн в случае “a”, что иллюстрирует рис. 5.12, б.

Откуда следует, что величина Rв для согласования по переменному току также должна равняться Zв, так как Rвх первого каскада (приемника) много больше Zв и может практически не учитываться в расчетах.

Недостаток такого технического решения – смещение вверх потенциала базы входного каскада (по рабочей точке) и, как следствие, снижение необходимого уровня входного сигнала для срабатывания схемы (т.е. порог срабатывания

22

		Uп
Uп	Rв	i
	ЛС
Передатчик	Zв	Приемник

а)

uвх(t)

Rк

t

uвых(t)

uвх(t)

Rв

R бэ

б)

Рисунок. 5.12 − Вариант согласования входа приемника:

а – структурная схема; б – пояснение принципа действия

уменьшается, что снижает статическую помехоустойчивость.) В действительно-

сти, при весьма больших Rвх такой прием невозможен.

в) Вариант комбинированного (одновременного) подключения на входе приемника резисторов Rн и Rв (рис. 5.13.). С учетом сказанного в п.п. а) и б) ве-

личины R

н

и R должны быть связаны соотношением

Rн Rв

= Z

в

.

в

Rн + Rв

Достоинство такого технического решения – фиксированный уровень по-

+Uп

+Uп

ЛС

Rв

I0

Передатчик

Zв

Rн

Приемник

Рисунок 5.13 −Комбинированный вариант согласования ЛС с входом приемника

23

тенциала (рабочей точки) за счет образованного Rн и Rв делителя напряжения

(при условии стабильного источника питания +Uп).

Недостаток такого согласователя – большой уровень статического тока I0, а, значит, потери в мощности источника питания (требование более мощного источника), проблемы с теплоотводом от Rн и Rв . Так, например при Zв = 50 Ом и обычном соотношении Rв = Rн = R = 2Zв = 100 Ом величина

I 0 =U2 Rп = 2005 = 25мА,

а P = 0,125 Вт. Заметим, что это потери на одну логическую ячейку.

Один из способов преодоления этого недостатка основан на введении до-

полнительного источника питания +U′п с меньшим значением напряжения. Не-

достаток такого решения – затраты на создание дополнительного источника. Считается рациональным введение такого дополнительного источника, если на печатной плате должны быть согласованы несколько ЛС с l > lкр.

Другой вариант снижения потерь мощности в согласующей цепи логиче-

ской ячейки заключается во введении в цепь последовательного с Rн раздели-

тельного конденсатора Ср (рис. 5.14).

			+Uп
+Uп		Rв
	ЛС
Передатчик	Zв	Rн	Приемник
		Ср

Рисунок 5.14 −Вариант согласования ЛС с приемником при Rвх последнего больше чем 1MОм

Введение конденсатора Ср (обычно емкость Ср ≈1000 пФ), величина сопро-

тивления которого для переменного тока должна быть весьма малой (≈ единицы Ом), позволяет выбором Rн ≈ Zв согласовать вход приемника, а соотношением Rв,

24

Rн и Rвх зафиксировать уровень потенциала рабочей точки входного транзистора.

Заметим, что такой подход оправдан при очень больших Rвх (≈ МОм), присущих КМОП логике.

Выбор вида согласования и требуемые элементы для его реализации определяются динамикой изменения входного сопротивления логического элемента и, как правило, рекомендованы в паспортных данных или ТУ. Заметим, что из-за нелинейного характера входных и выходных характеристик логических микросхем (работа в ключевом режиме) добиться идеального согласования невозможно. Обычно ограничиваются односторонним согласованием, допуская рассогла-

сование до 20%.

Наряду с решением задачи согласования применяют схемные методы борьбы с проявлениями отражений. Так, включение на входе приемника диодов согласованно рис. 5.15 позволяет демпфировать как положительные (за счет применения верхнего диода D1), так и отрицательные (за счет D2) выбросы на импульсах полезного сигнала. Кроме того, такие диоды ограничивают наведенные

			+Uп
+Uп		D1
	ЛС
Передатчик	Zв	D2	Приемник

Рисунок 5.15 − Схема включения демпфирующих диодов помехи до безопасных значений. Как правило, внутри микросхем такие элементы

установлены, но возможно подключение и дополнительных диодов с иными значениями напряжений отсечки (рис. 5.16).

Помимо согласующих устройств, корректирующих величины входных и выходных сопротивлений электронных блоков на входах и выходах длинных линий, возможны согласующие устройства, действие которых направлено на коррекцию значения входного (или выходного) сопротивления длинной линии

25

I, A

U, В

Uотсечки ≈ (0,4 − 1) В

Рисунок 5.16 − К вопросу выбора демпфирующего диода: ВАХ и ее кусочно-линейная аппроксимация

для обеспечения равенства их входным (выходным) сопротивлениям присоединенных электронных блоков. Этот прием согласования ЛС мы рассмотрим отдельно, после анализа принципов построения неискажающих длинных линий, т.е. линий не имеющих дисперсионных свойств фазовой скорости.

26