Помехи в «коротких» связях
Помехи в сигнальных проводниках
Подходы к оценке помех и способы их снижения
Причины роста влияния помех
Борьба с помехами приобретает все большую актуальность из-за следующих причин.
1. Энергетический уровень информационных сигналов имеет тенденцию к уменьшению (повышение частоты и снижение перепада напряжений), а энергетический уровень внешних помех непрерывно увеличивается.
2. Увеличение взаимного влияния элементов из-за уменьшения габаритных размеров активных элементов и линий связи между ними, а также увеличения плотности их размещения.
3. Возрастание уровня помех из-за усложнения системы, в частности увеличения числа внешних устройств, которые содержат большое количество электромеханических узлов.
4. Внедрение вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности.
Связи между элементами ЭВМ можно выполняются различными способами:
1) для сравнительно медленных устройств - в виде печатных или навесных проводников;
2) в устройствах с повышенными скоростями работы - в виде печатных полосковых линий, «витых пар» (бифиляров), в качестве обратного проводника — «земляных пластин», сравнительно большого сечения шины питания. При группировке элементов по узлам и блокам между ними образуется большое число электрических связей, которые можно разделить на электрически «короткие» и электрически «длинные».
Электрически «короткой» называют линию связи, время распространения сигнала в которой много меньшезначения переднего фронта передаваемого по линии импульса. Сигнал, отраженный от несогласованных нагрузок в этой линии связи, достигает источника раньше, чем успеет существенно измениться входной импульс. Свойства такой линии можно описать сосредоточеннымисопротивлениями, емкостью и индуктивностью.
Электрически «длинная» линия связи характеризуется временем распространения сигнала, много большимфронта импульса. В этой линии отраженный от конца линии сигнал приходит к ее началу после окончания фронта импульса и искажает его форму. При расчете такие линии следует рассматривать как линии с распределеннымипараметрами.
В ИС, ячейках и модулях связи, как правило, электрически «короткие». В более крупных конструктивных единицах ЭВМ в основном электрически «длинные».
При анализе процессов передачи сигналов электрически «короткую» линию связи можно представить в виде эквивалентной схемы, содержащей сосредоточенные индуктивностьи емкость(омическим сопротивлением пренебрегают). Паразитную связь между двумя «короткими» линиями также можно представить как связь через сосредоточенную взаимную емкостьи взаимоиндуктивность.
В зависимости от геометрических размеров сечений линий, их длины, и электрических свойств изоляционных материалов тот или иной параметр линии может оказывать большее воздействие на процессы передачи сигнала, чем все остальные. Исходя из предположения преобладания того или иного параметра, рассмотрим влияние каждого из них в отдельности на передачу сигналов.
Индуктивный характер сигнальной связи.
Задержку распространения сигнала в линии связи можно рассматривать как изменение формы сигнала, т.е. как воздействие помехи. Эквивалентная схема соединения двух элементов Э1 и Э2 для индуктивного характера связи представлена на рис. 10.3, а.
Рис. 10.3. Индуктивный характер «короткой» линии связи
а – эквивалентная схема; б – временная диаграмма
При подаче на вход схемы ступеньки напряжения амплитудой Uвых1 состояние схемы может быть описано дифференциальным уравнением
При этом напряжение на входе второго элемента
Так как в микроэлектронных элементах, как правило, выполняется
соотношение Rвых << Rвх, то
Влияние емкости сигнальной связи аналогичновлиянию индуктивности сигнальной связи и выражается в задержке включения нагруженных схем (см. рис.10.3, б).