double arrow

Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания

Одной из важнейших задач при проектировании ЦУ является борьба со сбоями из-за помех. Типовой проблемой здесь является, в частности, наличие токовых импульсов в цепях питания ИС.

При переключениях элементов в цепях питания создаются кратковременные импульсные токи, благодаря чему сами элементы становятся источниками помех для соседних элементов. Токовые импульсы в цепях питания создаются сквозными токами выходных каскадов, а также токами перезаряда емкостей.

Для определенности рассмотрим сквозные токи, практически то же самое относится и к токам перезаряда емкостей.

Импульс сквозного тока переключающегося элемента 1 (рис. 7, а) протекает через транзисторы выходного каскада, условно изображенные замкнутыми ключами, от источника питания на общую точку схемы GND через линии, имеющие полные сопротивления и .

а

б

Рис. 7

Главную часть сопротивлений составляют индуктивности линий, на которых происходит падение напряжения . Протекание сквозного тока создает на линии пи­тания отрицательный импульс, а на линии общей точки («земли») – поло­жительный. Эти импульсы воздействуют на подключенный вблизи элемента 1 элемент 2. Если элемент 2 находится в состоянии логического нуля, то его выход через насыщенный транзистор выходного каскада (на рис. 7, а изображен замкнутым ключом) связан с линией GND. Следовательно, импульс с этой линии попадет на выход элемента 2, откуда может распространяться и далее по обычным сигнальным цепям. При единичном состоянии элемента 2 на его выход пройдет отрицательный импульс помехи с линии источника питания.

Для борьбы с этими опасными помехами необходимо уменьшать сопротивление (говорят, нужна «хорошая земля», понимая под этим обеспечение минимального значения сопротивления ) и предусматривать фильтрацию напряжений питания.

Снижение сопротивления достигается конструктивными мерами: шины «земли» делаются утолщенными, для их реализации отводят целые слои многослойных конструкций (печатных плат и кристаллов), систему «заземления» соединяют с несколькими выводами корпуса ИС, чтобы сократить пути прохождения токов в этой системе и др.

Для шин питания схемы наряду с конструктивными методами применяют и схемотехнические: в цепи выходных каскадов добавляют небольшие сопротивления, ограничивающие сквозные токи и токи перезаряда емкостей; применяют развязывающие каскады на выходах ИС для ограничения емкостных нагрузок на этих выходах; используют фильтрацию питающих напряжений.

Для фильтрации напряжений питания между линиями и GND включают конденсаторы. Высокая эффективность этого метода борьбы с паразитными связями элементов через цепи питания связана со следующим обстоятельством. Цифровые узлы и устройства питают от высококачественных блоков питания со стабилизированным выходным напряжением. Такие источники имеют очень малые выходные сопротивления за счет применения глубоких отрицательных обратных связей в схемах блоков питания. Однако цепь обратной связи инерционна и не успевает отрабатывать короткие импульсные помехи. Поэтому для коротких помех выходное сопротивление источника не обеспечивает того низкого уровня, которое оно имеет в статическом режиме. Установка фильтрующих конденсаторов создает путь (рис. 7, б), по которому замыкаются импульсы сквозного тока и токи перезаряда емкостей, минуя сопротивление . При этом конденсаторы должны иметь малое сопротивление для высокочастотных сигналов, поэтому для фильтрации должны выбираться 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.


Сейчас читают про: