10. Длинная линия при подключении к имс. Временные диаграммы. Критическая длина линии связи.

В аппаратуре при группировании элементов по узлам и блокам м/у ними образуется большое кол-во электрически коротких и электрически длинных ЛС. Электрически длинными ЛС называют ЛС, в кот. время распространения >> величины фронта импульса. Это цепи с распределёнными параметрами.

П одключение к ЛС микропроцессоров по другим схемам, у которых время нарастания сигнала по рядка 30 мс накладывается ограничение, что длина линии, не снабженной специальными средствами для подавления отражений и помех, д.б. до 3 м (адреса, данные), сигналы управления – 1,5 м, при этом если исп. витая пара, то 1 из проводников подключается к общ. проводу. Критическая длина:

К ЛС м/б подключены один или несколько нагрузочных элементов, реакцию каждого из которых на подаваемое в ЛС напряжение определяют характером и значением его входного сопротивления. В общем виде входное сопротивление нагрузки м/представить в виде эквивалентной схемы. Эта RC-цепь адекватна большинству нагрузочных схем, используемых в цифровых системах и позволяет получать чисто резистивную ( ) и чисто емкостную ( ) нагрузки на линию

Пусть линия длиной l подключена к генератору напряжения u(t) имеющему выходное сопротивление Zг. Допустим что Zг=Zо. Время прохождения сигнала вдоль линии будет Т, на вход линии подается напряжение произвольной формы. Проведем исследование влияния характера нагрузки на процесс передачи входного сигнала с помощью операторного метода.

1 . Нагрузка чисто резистивная ( ) возможны 3 вар-та: Z0=R3,Z0<R3,Z0>R3. В соответствии с , коэффициенты отражения по напряжению для каждого вариантов равны: К1=0, К2>0,K3<0

Если на вход линии подается ступенька напряжения амплитудой U (рис.а), то при Z0=R3 отражения от конца линии не произойдет и форма сигнала на выходе линии не изменится.

П ри Z0>R3 или Z0<R3 отраженная волна через время 2Т достигнет точки А и форма сигнала исказится (рис.а).При подаче на вход линии напряжения с линейно изменяющимся фронтом происходит искажение входного сигнала (рис.б), при 2Т> и при 2Т< (рис.в). В случае подачи на вход линии напряжения с exp нарастающим фронтом форма его искажается (рис.г).

2 . Нагрузка чисто емкостная ( , , ). В этом случае и , где p – оператор Лапласа; C – емкость нагрузки. Введем обозначение , тогда . Если падающая волна представляет собой единичную ступеньку с бесконечно коротким фронтом (рисунке 6, а), то ; . Переходя к оригиналам, находим . Пусть входной сигнал – единичная ступенька напряжения с линейным фронтом нарастания длительностью (рис.б). Тогда , , Для экспоненциальной падающей волны с постоянной времени (рис.в) , , , . Переходя к оригиналам, находим При , когда , отраженный сигнал имеет отрицательный выброс. При ( ) отрицательный выброс отсутствует.

3 . Нагрузка резистивно-емкостная ( , , , ). В этом случае ; , где . Для ступеньки напряжения на входе линии (рисунок 7, а) ; ; . При падающей волне в виде ступеньки с фронтом (рисунок б) ; . Переходя к оригиналам, найдем

При подаче на вход линии экспоненциально возрастающего напряжения (рисунок в) ; . Переходя к оригиналам, найдем

4 . Рассогласование волнового сопротивления с входным и нагрузочными сопротивлениями

Пусть Zн=Rн=R3, R2= и Zг=Rг. Линия согласована на входе или на выходе (R3 или Rг=Z0) искажения минимальны и выражаются в задержке сигнала на величину Т.

При больших Rн и Rг на характер ПП существенное влияние оказывает емкость линии, на заряд которой затрачивается много времени. При малых Rн и Rг ПП в основном определяется суммарной индуктивностью линии, препятствующей быстрому нарастанию тока ( ).

Когда Rн>Z0, а Rг<Z0(Rн<Z0, а Rг>Z0) возникает колебательный ПП. Задержка, определяемая временем успокоения ПП, здесь велика. Но переколебания могут достигнуть такого значения, что вызовут ложное срабатывание элементов, нагруженных на линию.

Максимально допустимая длина несогласованной ЛС может быть оценена по формуле: , где - длительность фронта сигнала. у- скорость распространения сигнала. К_с - эмпирическая постоянная, числовое значение к-ой зависти от конструкции схемы и ЛС. С₀=3*10⁸ скорость света в вакууме. м_r- магнитная проницаемость среды. е_r- д/э постоянная ЛС.