Отражения в «длинных» линиях связи

Паразитные емкостная и индуктивная связи между сигнальными проводниками

С уменьшением геометрических размеров элементов и повышением плотности их размещения между сигнальными проводниками возникают емкостная и индуктивная связи.

При переключении элементов по сигнальным цепям протекают импульсные токи с крутыми фронтами, которые вследствие наличия паразитных связей наводят на соседних сигнальных проводниках помехи. Последние при определенных условиях могут вызвать ложное срабатывание элементов схем. Необходимо, чтобы значение помех не превышало допустимого предела.

В случае преобладающего влияния емкостной связи между сигнальными цепями для обеспечения надежной работы элементов ЭВМ необходимо уменьшать выходное сопротивление, длину связей и их сечения, увеличивать фронт импульсов и коэффициент помехоустойчивости элементов, расстояние между линиями связи, применять изоляционные материалы с хорошими диэлектрическими свойствами.

В случае преобладающего влияния взаимной индуктивной связи между сигнальными цепями необходимо уменьшать длину цепей связи, амплитуды токов, увеличить порог срабатывания элементов, фронт передаваемых импульсов, расстояние между проводниками связей. В общем случае в цепи – приемнике наводки – возникают как емкостная, так и индуктивная помехи. При этом емкостная наводка изменяет потенциал всей линии связи, а индуктивная создает разность потенциалов между входом и выходом линии.

Помехи при соединении элементов «длинными» связями.

Электрически «длинную» линию связи при расчетах схем рассматривают как однородную линию с распределенной емкостью Со и индуктивностью Lo. Переходные процессы в таких линиях зависят от характера перепада напряжения Uвх на входе линии и соотношения волнового сопротивления линии z0, выходного сопротивления zr генератора импульсов и входного сопротивления zн нагруженного на конец линии элемента (рис. 9.4).

Рис. 10.4. Эквивалентная схема передачи по «длинной» линии связи

Из теории «длинных» линий известно, что если линия с волновым сопротивлением z0 нагружена на сопротивление zн, и z0= zн, то такую линию называют согласованной. Если z0≠zн, линию называют несогласованной. При этом волна напряжения, достигнув конца линии, отражается от него. Отраженная волна, достигнув начала линии, затухает при zг=z0. Если zг≠z0, волна вновь отражается (от начала линии). Процесс поочередного отражения волны напряжения от обоих концов линии связи продолжается до тех пор, пока амплитуда отраженной волны не уменьшится до нуля. Отраженные волны напряжения накладываются на падающие, и в итоге форма входного напряжения может существенно исказиться. Аналогичные явления происходят и с волной тока. Отражения волн напряжения и тока могут быть не только от несогласованных нагрузок на концах линий, но и от различных неоднородностей в ней самой. Рассмотренные процессы могут вызывать выбросы напряжения. Для уменьшения влияния выброса на параметры нагруженных ИС в качестве нагрузки используют диоды Шоттки как динамические нелинейные сопротивления. По мере возникновения паразитного выброса один из диодов начинает открываться до тех пор, пока его сопротивление не станет приблизительно равным волновому сопротивлению линии (другой диод смещен в обратном направлении и предназначен для гашения обратного выброса). В результате энергия выброса поглощается, что ведет к повышению устойчивости работы ИС. Особенно эффективно использование диодов Шоттки для длинных (до 1 м) линий связей, обычно выполняемых бифиляром. Замена бифиляра одиночным проводом с диодом Шоттки на конце позволяет уменьшить требуемое количество контактов разъема, ячейки, субблока, блока и т.д.