Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»

использовано для определения характеристического импеданса дорожки платы, отделенной от поверхностей питания/заземления диэлектриком платы (микрополосковая линия передачи):

 (Выражение 10.1)

где

εr — диэлектрическая постоянная материала печатной платы,

d — Толщина платы между металлическими слоями, в mils,

w — ширина металлической дорожки, mils,

t — толщина металлической дорожки, mils.

Время прохождения сигнала в одну сторону по одной металлической дорожке над поверхностью питания/заземления будет определяться из соотношения 10.2:

 (Выражение 10.2)

Например, на стандартной 4-слойной плате может применяться медная дорожка 8 mil шириной, в 1 унцию/кв. фут (0.035 мм) толщиной, отделенная диэлектрическим материалом FR4 (εr = 4.7) 0.021 дюйма толщиной.

Характеристический импеданс дорожки и время прохождения сигнала в одну сторону по такой дорожке будет 88 Ом и 1.7 нс/фут (7 дюймов на наносекунду), соответственно.

Наилучший способ уберечь чувствительные аналоговые схемы от влияния быстрой логики является их физическое разделение и использование не более быстрых семейств логики, чем требуется в системе. В некоторых случаях может потребоваться использовать нескольких семейств логик в системе. Альтернатива этому — использование последовательно включенных резисторов или ферритовых бусинок для снижения скорости переходов там, где скорость не требуется. На рис. 10.49 показано два метода.

В первом последовательный резистор и входная емкость образуют НЧ фильтр. Обычная входная емкость КМОП-структуры составляет от 5 пФ до 10 пФ. Располагайте последовательные резисторы как можно ближе к выходу управляющего логического элемента схемы. Резистор уменьшает проходящий ток и может избавить от необходимости использования методов линии передач. Сопротивление резистора должна выбираться таким образом, чтобы скорость нарастания/спада на получающей логике было достаточным, чтобы отвечать требованиям системы, но не больше. Также убедитесь, что сопротивление резистора не настолько большое, что логические уровни на приемнике выходят за рамки спецификаций из-за падения напряжения вызванного током от источника к приемнику, который протекает через резистор. Второй метод подходит при больших расстояниях (больше 2 дюймов), когда добавочная индуктивность замедляет скорость нарастания импульса. Обратите внимание, что оба метода увеличивают задержку времени нарастания/спада сигнала. Это нужно учитывать в связи с общим временным бюджетом, где дополнительная задержка может быть неприемлема.

На рис. 10.50 показана ситуация, где несколько DSP должны быть связаны в одной точке, как может быть в случае, когда сигналы записи/чтения идут двунаправленно от нескольких DSP.

Небольшой демпфирующий резистор, показанный на рис. 10.50 А, может уменьшить "звон" переходного процесса, при условии, что длина разнесения меньше 2 дюймов. Этот метод также увеличивает время нарастания/спада и задержку на прохождение. Если должны быть соединены две группы процессоров, то одного резистора между парами процессоров достаточно, чтобы подавить переходный процесс (Рис. 10.50 В).

Единственный способ сохранить время нарастания/спада, равным 1 нс или меньше на расстоянии большем, чем 2 дюйма без "звона", — это использовать методы линии передач. Рис. 10.51 показывает два распространенных метода согласования нагрузки: конечная нагрузка и нагрузка источника. Метод конечной нагрузки (Рис. 10.51 А) нагружает кабель в точке нагрузки на сопротивление, равное характеристическому импедансу микрополосковой линии.

Хотя можно использовать и более высокое сопротивление, чаще используется 50 Ом, т. к. при такой величине уменьшается эффект рассогласования нагрузки из-за входной емкости логического входа (обычно 5-10 пФ). На рис. 10.51 А кабель нагружен на делитель, представляющий 50-омную нагрузку для переменного тока и обеспечивающий напряжение +1.4 В (середина между логическими порогами 0.8 В и 2 В). При этом требуется использовать два сопротивления (91 Ом и 120 Ом), что добавляет около 50 мВт к общей рассеиваемой мощности в схеме. На рис. 10.51 А также показаны значения сопротивлений резисторов нагрузки при напряжении питания +5 В (68 Ом и 180 Ом). Обратите внимания, что в линиях передачи 3.3-вольтовая логика намного предпочтительнее из-за симметричности перепадов напряжения, большей скорости и меньшей потребляемой мощности. Имеются драйверы линий с несимметричностью импульсов меньше чем 0.5 нc, обеспечивающие токи втекания/вытекания более 25 мА, и временем нарастания/спада около 1 нc. Шум переключения от 3.3 В логики обычно меньше, чем от 5 В логики, из-за уменьшения размаха сигнала и меньших протекающих токов.

Метод нагрузки источника, показанный на рис. 10.51 В, обеспечивает поглощение отраженных волн при помощи сопротивления, равного характеристическому импедансу линии передачи. Для это требуется резистор сопротивлением около 39 Ом, включенный последовательно с внутренним выходным сопротивлением драйвера, которое обычно составляет около 10 Ом. При этом методе требуется, чтобы конец линии передачи был не нагружен, поэтому дополнительное разветвление по выходу не допускается. Метод нагрузки источника не увеличивает суммарную мощность рассеивания.

На рис. 10.52 показан метод распределения высокоскоростных тактовых импульсов по нескольким устройствам. Проблема здесь заключается в том, что появляется небольшой сдвиг между импульсами из-за задержки на прохождение микрополосковой линии (около 1 нс/7”). В некоторых случаях время сдвига может быть критичным. Важно обеспечивать длину отвода от линии к каждому устройству не более 0.5 дюйма, чтобы предотвратить рассогласование на протяжении всей линии передачи.

Метод, показанный на рис. 10.53, уменьшает сдвиг тактовых импульсов между получающими устройствами посредством использования нагрузки источника и обеспечением одинаковой длины каждой микрополосковой линии. Здесь нет дополнительного рассеивания мощности, как в случае с конечной нагрузкой.

Рис. 10.54 показывает, как метод нагрузки источника может использоваться в двунаправленной линии между SHARC DSP. Выходное сопротивление драйвера SHARCa составляет примерно 17 Ом, и следовательно, требуется последовательное сопротивление в 33 Ом на каждый конец линии передачи для хорошего согласования.

Метод, показанный на рис. 10.55, может использоваться при двунаправленной передаче сигналов от нескольких источников по сравнительно длинной линии передач. В этом случае линия нагружается с обеих концов, и в результате сопротивление нагрузки составляет в 25 Ом для постоянного тока. Драйверы SHARCa способны обеспечивать корректные логические уровни на такой нагрузке.

ЭЛЕКТРОНИКА

Помехоустойчивые устройства

А. Кузнецов

Типичные помехи

Источников помех, способных вызвать сбой или отказ устройства, существует бесчисленное множество. Однако наиболее часто встречаются следующие помехи:

Наносекундные помехи, вызванные срабатыванием механических контактов выключателей и реле. В зарубежной литературе этот вид помех называется EFT — Electric Fast Transients.

Микросекундные помехи, связанные с работой реактивных элементов в цепях мощных нагрузок (зарядка конденсаторов, а также отдача энергии,