Помехи в коротких ЛС

К коротким относят ЛС, в которых время распространения сигнала от передающего элемента до приемного t_з меньше половины времени нарастания или спада фронта сигнала t_ф, т.е. выполняется соотношение

t_ф / t_з 2

В электрически коротких линиях погонная длина l (например, измеряемая линейкой), как правило, существенно меньше минимальной длины волны (спектре сигнала. l << λ _min (обычно принимают l 0,1 λ _min). Емкостная и/или индуктивная реактивность коротких ЛС, а также отражения от неоднородностей, распределенных по длине линий, приводят к изменениям нарастающих или ниспадающих фронтах сигнала.

Для короткой линии характерно постоянство напряжений и токов во всех точках по длине линии. Короткая ЛС (s - начало линии, r - конец линии), соединяющая например, два вентиля D1 и D2, представляется обычно в виде двух моделей: ёмкостной или индуктивной (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Короткая ЛС и ее модели	Рис. 3.20. Искажение сигнала в коротких ЛС

Независимо от характера модели, качественно форма сигнала имеет одинаковый вид для обоих вариантов, проявляемый в затягивании фронта (рис. 3.20). Параметр t - предсказуемая системная задержка (или время достижения порога срабатывания), которая определяется длительностью неискаженного фронта. Общая задержка срабатывания элемента D2 равна t ' = t + t ''. Процессы, происходящие в короткой ЛС, вносят дополнительную задержку t ''

Модель в виде ёмкости обычно используется при анализе схем, в которых управление ведётся напряжением и относительно малы токи в цепях. Например, для микросхем (или других структур) на КМОП в виду малых токов, протекающих в них. Модель в виде индуктивности используется в цепях с достаточно большими токами (биполярные транзисторы).

В случае анализа быстродействующих систем (в основном цифровых) предпочтительной моделью является ёмкостная модель.

В коротких ЛС могут также возникать перекрестные наводки (индуцированные помехи), обусловленные электрическим, магнитным и электромагнитным взаимодействием расположенных по соседству ЛС (рис. 3.21).

Помеха вызывается переходом энергии из одной сигнальной цепи в другую за счёт электромагнитного поля. При анализе предполагается, что обратное влияние пассивной линии на активную отсутствует.

Активная линия является источником помех и содержит генератор напряжения U с внутренним сопротивлением R₁ и нагрузку R₂. Пассивная линия является рецептором помех и содержит нагрузку в начале линии R₃ и в конце R₄. Распределенные параметры взаимной индуктивности и емкости заменены сосредоточенными M и C, соответственно. При работе генератора энергия от источника помех переносится электромагнитным полем на рецептор помех, и на его нагрузках R₃ и R₄ возникают напряжения U₃ и U₄. Эти напряжения согласно принципу суперпозиции являются суммами индуктивных и емкостных составляющих

U₃ = U_3L + U_3C; U₄ = U_4L + U_4C ,

где U_3L, U_4L – индуктивные составляющие соответственно в начале и в конце пассивной линии; U_3C, U_4C - емкостные составляющие соответственно в начале и в конце пассивной линии.

При расчетах часто пренебрегают той или иной составляющей.

Анализ индуцированных помех при магнитной связи и снижение их уровня представляет более сложную задачу, чем при емкостной связи. Ослабить взаимную индуктивность можно за счет разнесения ЛС воз­можно дальше друг от друга, уменьшением площадей контуров, образуемых проводами, по которым протекают прямые и обратные токи ЛС, использо­ванием экранированных проводов, свитых пар (скрученных пар проводов), коаксиальных кабелей.

Снизить значение паразитной емкости между ЛС можно уменьшением длины совме­стного параллельного расположения проводов на минимально возможном расстоянии друг от друга, увеличением зазора между ними, укладыванием проводов, передающих различные по уровням сигналы, в отдельные жгуты, приближением ЛС к земле (земля выполняет функцию экрана). Наиболее эффективным средством уменьшения емкостной составляющей индуцированной помехи является экранирование.