51. Согласованные нагрузки на концах линий передачи логических сигналов

Отражения могут быть устранены при включении в конце длинной линии нагрузки с сопротивлением, равным волновому. Обычно применяются два метода.

Как видно из рис. 11.11(a), оконечная нагрузка со­стоит из пары резисторов, включенных в конце линии. Согласно теореме Тевенина, эту оконечную нагрузку можно представить в виде эквивалентной схемы, по­казанной на рис. 11.11(b). При выборе сопротивлений резисторов учитывается несколько факторов:

1. Эквивалентное сопротивление R_Thev должно равняться волновому сопротив­лению линии Z₀ или быть близким к нему. Эквивалентное сопротивление рав­но сопротивлению параллельно соединенных резисторов R1 и R2, то есть (R1 R2)/(R1+R2).

2. Эквивалентное напряжение V_Thev можно выбрать так, чтобы оптимально удов­летворить требованиям, которые предъявляются к току, втекающему в выход­ной каскад вентиля, и к току вытекающему из него. В данном случае

• Если значения вытекающего и втекающего токов при высоком и низком уровнях сигнала на выходе вентиля, являющегося источником сигнала, пе­редаваемого по линии, равны (как это имеет место в стандартном КМОП-вентиле, не совместимом с ТТЛ-схемами), то значение V_Thev можно выб­рать посредине между V_OL и V_OH

• С другой стороны, если выходной каскад вентиля таков, что втекающий ток больше вытекающего тока (что имеет место в ТТЛ-схемах и в ТТЛ-совмести­мых КМОП-схемах), то значение V_Thev выбирается большим по величине, и тогда, в соответствии с предъявляемыми требованиями, значение выте­кающего тока при высоком уровне выходного сигнала будет меньше, а зна­чение втекающего тока при низком уровне выходного сигнала - больше.

3. Для шин с тремя состояниями эквивалентное напряжение V_Thev можно выб­рать так, чтобы оно строго соответствовало тому или иному логическому уров­ню, когда на шину не подается сигнал ни одним из подключенных к ней источ­ников сигналов. В этом случае особенно важно выбрать значение V_Thev далеким от порога переключения вентилей, чтобы они не потребляли чрез­мерный ток и не переходили в режим колебаний.

4. В конечном счете, сопротивления резисторов выбираются из существую­щих номинальных значений (например, 150, 220, 270, 330, 390, 470 Ом).

«Стандартная» оконечная нагрузка в устройствах с ТТЛ-схемами выглядит следующим образом: RI = 220 Ом, R2 = 330 Ом, что дает R_Thev = 132 Ом и К = 3.0 В. При низком уровне выходного сигнала источник сигнала должен допус­кать втекание тока, равного (3.0 В)/(132 Ом) = 22.7 мА, а высокий уровень вы­ходного сигнала надежно поддерживается даже в том случае, когда вытекающий ток источника сигнала равен 0.

При согласованной нагрузке в конце длинной линии отражений не будет или они будут небольшими. Нижний резистор оконечной нагрузки - это та часть на» грузки, которая всегда потребляет мощность по постоянному току, и от источника сигнала требуются относительно большие токи. Согласование со стороны ис­точника иногда называемое последовательным согласо­ванием решает эти проблемы.

Как показано на рис. 11.12, между длинной линией и источником сигнала, физи­чески рядом с ним, последовательно включается резистор с сопротивлением (Z₀-Rd), где R_d - характерное значение выходного сопротивления источника сигнала. Форма сигналов в линии при таком согласовании приведена на рис. 11.13. При пере­ходе напряжения на выходе вентиля от значения V_CC к 0 (или наоборот) источник сигнала нагружен сопротивлением 2Z₀, получающимся в результате сложения со­противления добавочного резистора и сопротивления самой линии. Из всего пере­пада напряжения одна половина падает на выходном сопротивлении вентиля и доба­вочном резисторе, а другая приложена к входу линии. Таким образом, спустя время T равное времени распространения сигнала по линии, вентиль U2 на дальнем конце линии видит изменение напряжения V_CC/2. В связи с тем, что коэффициент отраже­ния равен 1, этот перепад напряжения тотчас же отражается назад к источнику сиг­нала, что приводит к повышению напряжения на входе U2 до величины V_сс Отра­женная волна достигает источника сигнала и поглощается в согласованной нагрузке с сопротивлением Z₀, в результате чего новые отражения в линии не возникают. Согласование со стороны источника сигнала хорошо работает в том случае, когда выходные сопротивления источника сигнала при низком и высоком уров­нях на его выходе можно считать практически равными (как, например, у КМОП-схем). В типичных схемах при волновых сопротивлениях линий порядка 50—100 Ом применяют добавочные резисторы с сопротивлениями 15-40 Ом.

Согласование со стороны источника сигнала нежелательно в том случае, когда какие-либо вентили, такие, например, как вентиль U1 на рис. 11.13, размещаются где-то посередине длинной линии. При изменении сигнала начальный перепад на входах «средних» вентилей, составляет только V_сс/2; полный перепад возникает только тогда, когда подойдет отражение от дальнего конца. Плохо, если такое состо­яние длится очень долго, поскольку напряжение V_сс/2 может оказаться близким к порогу переключения вентиля.