Статические помехи

Статические помехи. в цепях питания. Помехи в цепях питания возможны из-за падения напряжения на активном сопротивлении шин земля и питание при протекании по ним постоянных токоввозникновения ЭДС самоиндукции в цепи шин питания прри протекании по ним импульсных токовмедленных колебательных процессов в шинах питания при бросках тока нагрузки.

Чтобы свести к минимуму постоянную помеху, необходимо выбрать такую конструкцию шин земля, при которой падение на ней напряжения от постоянного тока было бы меньше наперед заданного допустимого значения Uпом.доп рассчитываемого из условия обеспечения помехозащищенности устройства.

Рассмотрим случай, когда n одинаковых логических элементов имеют одну общую шину земля, присоединенную к нулевой точке на одном конце шинырис.10.Очевидно, что в наихудшем режиме с точки зрения помехозащищенности работает n-й элемент, поскольку его реальная статическая помехозащищенность уменьшается по сравнению с номинальнойпаспортной на значение падения напряжения на шине земля в точке его присоединения и для n-го элемента это падение напряжения составляет максимальное значение Uпом. Величина Uпом. приближенно рассчитывается по схеме рис.10б. Обозначая через Rш сопротивление участка общей шины земля между 2мя расположенными рядом микросхемами, а через Iип- ток потребления одной микросхемы, можно записать Uпом. RшnIип Rшn-1Iип RшIипRшIип12 n-1n RшIипn12. Задаваясь из условия обеспечения помехозащищенности устройства допустимым падением напряжения на шине земля Uпом.доп нетрудно вычислить допустимое сопротивление участка шины земля Rшдоп. и сформулировать требования к конструкции шины земля Rшдоп. Iип Uпом.доп. или Rшдоп. 2Uпом.допIипn1n. Конструктивными мерами по уменьшению постоянных помех следует считать -увеличение сечения шины земля - увеличение числа заземляющих точек, что уменьшает длину общих участков протекания тока элементоврис.11 -применение заземленных медных листов, к которым припаиваются все обратные провода ячеек или модулей -применение навесных шин питания -использование для подвода питания отдельных слоев многослойной печатной платы. 3.Импульсные помехи в цепях питания. Они обусловливаются главным образом кратковременными возрастаниями бросками токов потребления интегральных микросхем при переключении последних из одного логического состояния в другое и, во-вторых, динамическими токами перезаряда паразитных емкостей сигнальных линий связи собственных емкостей сигнальных проводников относительно шины земля. Эти относительно большие по значению и короткие по длительности токи иногда сотни миллиампер за единицы наносекунд протекая по шине земля цепи питания, вызывают на индуктивности общих шин земля импульсные падения напряжения. Последние, приложенные ко входу микросхем, действуют как импульсные помехи. Рассмотрим механизм возникновения импульсных помех для обоих случаев. Для изучения причин возникновения импульсных помех из-за бросков тока потребления ИС рассмотрим такую конструкцию шин питания, когда n одинаковых элементов подключены к шинам питание и земля через некоторое равное расстояние, причем n-1 любых элементов одновременно переключается из одного устойчивого состояния в другое, а на вход одного, например n-го, элементарис.12а подключен сигнал логического нуля U вх. Перейдем к расчетной эквивалентной схемерис.12б Lш-индуктивность участка шины земля между 2мя расположенными рядом микросхемами, iип-переменная составляющая тока потребления, Активным сопротивлением шин земля пренебрегаем.

В общем случае ток потребления микросхемы резко возрастает в моменты ее переключениярис.12в. Идеализируя форму переменной составляющей тока потреблениярис.12г, легко рассчитать ЭДС самоиндукции eпом, возникающую в шине земля ШЗпри изменении тока потребления eпом помiteпом1eпом2 eпомn-1, где eпомi- ЭДС помехи, возникающей на участке ШЗ,соединяющей i-ю микросхему с i-1й микросхемой.

Приближенно eпом1 2Lш Iип, eпом2 2Lш Iип, eпомn-1 2Lш Iип, где t-время переключения.

С учетом этого имеем eпом2Lш Iипn-1n-2 21t2Lш Iипnn-1t. 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 Lш.доп eпом.доп tIипnn-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 ШПнапример, рис.12д, -применением индивидуальных конденсаторов развязки 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 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 системыобратный 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 рекомендациирассматривать же что-либо более определенное не имеет смысла, т.к. для элементов разных типовКМДП,ТТЛ, ЭСЛ меры по уменьшению помех, несмотря на всю схожесть, различны.