Шумы - электроника (стр. 4 из 4)

eпом=

eпомi(t)=eпом1+eпом2+...+eпом(n-1),

где eпомi- ЭДС помехи,возникающей на участке ШЗ,соединяющей i-ю микросхему с (i-1)й микросхемой.

Приближенно |eпом1|= 2DLш

DIип,

|eпом2|= 2DLш

DIип,

..................

|eпом(n-1|= 2DLш

DIип,где t-время переключения.

С учетом этого имеем:

eпом=2DLш DIип[(n-1)+(n-2)+...+2+1]/t=2DLш DIип×n(n-1)/t.

Задаваясь допустимым значением импульсной помехи на входе элемента из-за помех по цепи питания eпом.доп,нетрудно

рассчитать допустимое значение индуктивности шины питания ШП,следовательно,сформулировать конструктивные требования к цепям питания:

DLш.доп £ eпом.доп t/DIип×n(n-1).

Уменьшение импульсной помехи в цепях питания достигается либо выбором элементов с малыми бросками токов при переключении,либо при заданной системе элементов путем уменьшения индуктивности общей шины питания,что,в свою очередь,может быть достигнуто:

-увеличением числа заземляющих точек,

-применением заземленных медных листов,

-использованием для подвода питания многослойной печатной

платы,

-выбором соответствующей конструции ШП(например,рис.12д),

-применением индивидуальных конденсаторов развязки[9].

Обеспечение помехозащищенности аппаратурных средств вычислительной техники.

1.Уменьшение помех в аппаратуре,собранной на интегральных микросхемах.Для подавления помех,вызванных ударами молнии в силовые линии,переключениями реле,переходными процессами при пуске электродвигателя,электрическими разрядами в аппаратуре или вблизи нее,высокочастотными полями и т.д. необходима тщательная проработка цепей питания, заземления, экранирования, топологии печатных плат с учетом конкретных характеристик интегральных схем.

Необходимо помнить,что ИС ТТЛ-типа,представляющие собой токовые приборы с малым входным сопротивлением,особенно чувствительны к разности потенциалов цепей питания между отдельными ИС,возникающей из-за паразитных токов.

ИС МДП-типа управляются напряжением и имеют высокое входное и малое выходное сопротивление,поэтому они особенно чувствительны к излучаемым помехам.Вторичная чувствительность к паразитным токам возникает в результате помех от соседних проводников,по которым передаются импульсные сигналы.

Линейные ИС имеют высокое входное и малое выходное сопротивления.В отличие от цифровых ИС для линейных ИС не указываются диапазоны напряжений.Шумовые выбросы могут просачиваться в усилитель с высоким коэффициентом усиления по шинам питания.

Для уменьшения восприимчивости аппаратуры на ИМС к электромагнитным помехам на практике необходимо:

1.Максимально применять развязку по цепи питания,подключая конденсаторы индивидуальной развязки к отдельным микросхемам или группам микросхем.

2.Выбирать достаточную ширину печатных проводников шин питания.

3.Не путать шину “земля” с “общей шиной” системы(обратный провод источника питания).ШЗ не должна использоваться для передачи мощности.Проводники “земля” и “общий” необходимо соединять только в одной точке ситемы,иначе образуется замкнутый контур,излучающий помехи в схему.

4.Питать цепи,потребляющие большой ток,от отдельного источника.В этом случае переменные составляющие тока питания не проникают в шины,подводящие питание к маломощным логическим схемам.Следует иметь в виду,что проводники, передающие резкие изменения тока,индуктивно связаны с соседними проводниками,а последние передают фронты напряжений через емкостные связи соседним участкам схемы.В связи с этим размещению таких проводников надо уделять особое внимание.

5.Выбирать резисторы утечки с минимальным сопротивлением,допускаемым с точки зрения мощности потребления или других условий.Это особенно важно в ИС

МДП-типа.

6.В устройствах,построенных на ИС ТТЛ-типа,неиспользуемые логические входы надо подключить к положительной шине “питание” через резистор 1 КОм.В устройствах на МДП ИС неиспользуемые логические входы подключаются соответственно к положительной или отрицательной шинам,т.к. в противном случае может возникнуть состояние неопределенности в работе ИС.

7.Применять в линейных устройствах резисторы и конденсаторы,имеющие допуск на разброс параметров до 1%. Исключение могут составлять резисторы утечки и конденсаторы блокирующих цепей,где допускается 20%-ный разброс параметров.По окончании разработки следует изучить влияние изменения параметров компонентов на работу схемы.

Если указанные меры не дают желаемого эффекта,можно применить фильтрацию сетевого напряжения и экранирование. Корпуса из металла или с проводящим покрытием,как уже говорилось,в значительной степени ослабляют внешние помехи. Окна,образуемые индикаторами,шкалами или измерительными приборами,можно закрыть медными экранами.Фильтры сетевого напряжения обеспечивают защиту от помех из силовой сети,но их необходимо согласовать с аппаратурой.

Таковы общие рекомендации;рассматривать же что-либо более определенное не имеет смысла,т.к. для элементов разных типов(КМДП,ТТЛ,ЭСЛ...)меры по уменьшению помех,несмотря на всю схожесть,различны.

Заключение.

Надежность и достоверность работы электронных вычислительных машин в существенной степени определяются их помехозащищенностью по отношению к внешним и внутренним,случайным и регулярным помехам.От правильного решения задачи обеспечения помехоустойчивости элементов и узлов ЭВМ зависят как сроки ее разработки,изготовления и наладки,так и нормальное ее функционирование в процессе эксплуатации.Наиболее успешная борьба с помехами возможна лишь в том случае,когда разработка электрических схем и конструкций элементов и узлов ЭВМ неразрывно связаны.

Аналогичный подход справедлив и для всех прочих устройств.

Методов снижения шумов в устройствах и повышения помехоустойчивости устройств на порядок больше,чем самих шумов и видов помех,т.к. для каждой конкретной схемы существуют свои оптимальные методы уменьшения помех.

Это ужасно с точки зрения перебора и применения методов, кроме того,требует большой практической сноровки;но все,чего мы можем добиться-лишь в той или иной степени подавить шум или помеху.

Литература.

1.П.Хоровиц,У.Хилл.

Искусство схемотехники-М:Мир,1993 г.,т.т.2,3.

2.Л.Н.Преснухин,Н.В.Воробьев,А.А.Шишкевич.

Расчет элементов цифровых устройств-М:ВШ,1991 г.

Литература.

1.П.Хоровиц,У.Хилл.

Искусство схемотехники-М:Мир,1993 г.,т.т.2,3.

2.Л.Н.Преснухин,Н.В.Воробьев,А.А.Шишкевич.

Расчет элементов цифровых устройств-М:ВШ,1991 г.

[1] упомянуты ниже без рассмотрения.

[2] один танталовый,другой дисковый керамический.

[3] схемная “Мекка” заземления.

[4] силовые линии питания-хорошая антенна

[5] это может быть,например,стандартный неинвертирующий ОУ,как показано на схеме.

[6] примером является головка магнитофона или другой источник сигнала,для которого нужна экранированная сигнальная линия.

[7] условие легко выполнимо,т.к. почти всегда сигнал можно сделать периодическим.

[8] иногда сотни миллиампер за единицы наносекунд.

[9] Идея применения конденсаторов развязки для уменьшения импульсных помех в цепях питания заключается во введении индивидуальных для каждой ИС источников энергии,роль которых выполняют конденсаторы с малой собственной индуктивностью.Они позволяют локализовать протекание динамических токов потребления в рамках цепи микросхема-ИКР.