Смущения в електрическите вериги и мерки за тяхното намаляване
1. Проявите на смущения в силови веригивключват: постоянни измествания на нивото на заземителната шина поради нейното активно съпротивление; импулсни ЕМП, причинени от динамични токове на потребление на IC в индуктивността на заземителните и захранващите шини, динамични токове на презареждане на "бездомни" капацитети на комуникационни линии; периодични колебания в захранващото напрежение, причинени от реактивния характер на силовите вериги.
2 Статични смущения в силовите вериги ПШумовете в силовите вериги са възможни поради спад на напрежението върху активното съпротивление на заземяването и захранващите шини, когато през тях протичат постоянни токове; появата на самоиндукционна ЕМП във веригата на силовата шина, когато през тях протичат импулсни токове; „бавни” колебателни процеси в захранващите шини по време на „напрежения” на тока на натоварване.
За да се сведат до минимум „постоянните“ смущения, е необходимо да се избере такава конструкция на „земните“ шини, при която спадът на напрежението върху него от постоянен ток би бил по-малък от предварително определената допустима стойност Uop.adm., изчислена от условието за осигуряване на устойчивост на шум на устройството.
Разгледайте случая, когато n идентични логически елемента имат една обща заземяваща шина, свързана към нулевата точка в единия край на шината (фиг. 10).Очевидно n-тият елемент работи в най-лошия режим по отношение на шумоимунитет, тъй като неговата реална статична шумоустойчивост намалява в сравнение с номиналната (табелката) от спада на напрежението на заземителната шина в точката на неговото свързване, а за n-тия елемент този спад на напрежението е максималната стойност U = pom.
U стойност=стая приблизително изчислено по схемата на фиг. 10б.
Означавайки чрез Rsh съпротивлението на участъка от общата шина "маса" между 2 съседнимикросхеми и чрез Iip - тока на потребление на една микросхема, можете да напишете:
U \u003d стая \u003d RshnIip + Rsh(n-1)Iip +. +RshIip=RshIip(1+2+. +(n-1)+n)=
Като се има предвид условието за осигуряване на шумоустойчивостта на устройството чрез допустимото падане на напрежението върху земната шина Upom.adm., Лесно е да се изчисли допустимото съпротивление на земната шина на секцията Rshdop. и формулирайте изискванията за дизайна на наземната шина:
Rshdp.IpUpp.p.p. или Rshdop. 2Upom.add/(Iip(n+1)n).
Трябва да се обмислят конструктивни мерки за намаляване на постоянните смущения:
-увеличаване на сечението на гумата "земя";
- увеличаване на броя на точките на заземяване, което намалява дължината на общите участъци на токовия поток на елементите (фиг. 11);
- използване на заземени медни листове, към които са запоени всички обратни проводници на клетки или модули;
- приложение на навесни силови автобуси;
-използване за захранване на отделни слоеве на многослойна печатна платка.
3.Импулсивни смущения в силови вериги.Те се причиняват главно от краткотрайни увеличения („пренапрежения“) в токовете на потребление на интегралните схеми при превключването на последните от едно логическо състояние в друго и, второ, от динамични токове на презареждане на паразитни капацитети на сигнални комуникационни линии (техните собствени капацитети на сигнални проводници спрямо „земната“ шина). земя“ на захранващата верига, причиняват спадове на импулсното напрежение върху индуктивност на общите "земни" шини.Последните, приложени към входа на микросхемите, действат като импулсен шум.Нека разгледаме механизма за възникване на импулсен шум и за двата случая.
За да проучим причините за появата на импулсен шум, дължащ се на скокове в текущото потребление на IC, ние разглеждаме такъв дизайн на силови шини, когатоn идентични елемента са свързани към шините "захранване" и "земя" на някакво равно разстояние и n-1 от всички елементи едновременно преминават от едно стабилно състояние в друго и към входа на един, напр.
n-ти елемент (фиг. 12а) е свързан сигналът логическа нула Uin.
Нека да преминем към изчислената еквивалентна схема (фиг. 12b):
Lsh-индуктивност на шинната секция "земя" между 2
съседни микросхеми,
ip-променлив компонент на тока на потребление,
Активното съпротивление на земните гуми се пренебрегва.
В общия случай токът на потребление на микросхемата се увеличава рязко в моментите на нейното превключване (фиг. 12c) , Идеализирайки формата на променливата компонента на тока на потребление (фиг. 12d), е лесно да се изчисли самоиндукционната EMF epom, която възниква в заземителната шина (SHZ), когато се променя токът на консумация:
epom=epomi(t)=epom1+epom2+. +epom(n-1),
където epomi е ЕМП на смущението, което възниква в участъка на SHZ, свързващ i-тата микросхема с микросхемата (i-1).
Приблизително epom1= 2LshIip,
epom2= 2LshIip,
epom(n-1= 2LshIip, където t е времето за превключване.
Имайки това предвид, имаме:
epom=2Lш Iip[(n-1)+(n-2)+. +2+1]/t=2Lш Iipn(n-1)/t.
Като се има предвид допустимата стойност на импулсен шум на входа на елемента поради смущения в силовата верига epom.add, лесно е
изчислете допустимата стойност на индуктивността на силовата шина на SHP, следователно формулирайте проектните изисквания за силовите вериги:
Lsh.add epom.add t/Iipn(n-1).
Намаляването на импулсния шум в силовите вериги се постига или чрез избор на елементи с ниски токови удари по време на превключване, или с дадена система от елементи чрез намаляване на индуктивността на общата захранваща шина, което от своя страна може да се постигне:
- увеличаване на броя на точките за заземяване,
- използване на заземени медни листове,
-използване на многослойна печатна схема за захранване
- избор на подходящ дизайн на SHP (например фиг. 12d),
-използване на отделни разединителни кондензатори 9 .