5. Какие возникают наводки по цепям питания? Методы уменьшения помех.
Электрическое объединение логических и других элементов ЭВМ осуществляют связями двух видов: сигнальными и цепями питания.
По сигнальным связям информация передается в виде импульсов напряжения и тока.
Шины питания служат для подведения энергии к элементам от низковольтных источников постоянного напряжения.
В статическом состоянии по цепям питания протекают стационарные токи, вызывающие падение напряжения на элементах. Необходимо, чтобы это падение напряжения составляло малую часть от номинала источника напряжения.
При работе блоков и устройств ЭВМ, когда происходит выключение одних элементов и включение других, возникает процесс перераспределения токов.
Ток потребления по шинам питания изменяется, что приводит к нежелательным падениям напряжения и паразитным наводкам.
Так как шины питания имеют паразитную емкостную и индуктивную связь с сигнальными шинами, то в зависимости от значения этой связи и перепада напряжения и тока при переключении элементов на сигнальных связях наводятся сравнительно большие помехи. При определенных условиях эти помехи могут вызвать ложное срабатывание схем.
Кроме того, изменение тока в шине питания приводит к возникновению в ней переходного процесса.
Переходный процесс в шине питания приводит к колебанию напряжения, приложенного к элементу, что изменяет, с одной стороны, режим его работы, а с другой — параметры выходного сигнала.
Для уменьшения наводок, связанных с падением напряжения на шинах питания и «земля» и переходными процессами в них, используют различные методы. Рассмотрим некоторые из них.
1 способ: применение индивидуальных сглаживающих конденсаторов (ИСК).
ИСК устанавливают между шинами питания и “земля” непосредственно возле точек присоединения электронной схемы к этим шинам. Будучи заряженным до значения источника напряжения, ИСК является как бы индивидуальным источником питания схемы, максимально приближенным к ней физически. Различают три случая установки ИСК
для всего блока(рис 2), для НЧ схем до 1 МГц (не рекомендуется)
для группы ИС (рис 3) для СЧ схем от 1 до 10 МГц (наиболее часто)
для каждой ИС (рис 4) для ВЧ схем более 10 МГц (в обоснованных ситуациях)
Применяют установку ИСК 2-х видов:
Непосредственно у каждой микросхемы
Устанавливает ИСК на группу ЭРЭ в пределах ТЭЗ
Первый способ установки сглаживающих конденсаторов предназначен для сглаживания импульсных помех в момент переключения ЭРЭ и ИС. В качестве таких сглаживающих конденсаторов используют конденсаторы с малой собственной индуктивностью.
Второй способ устанавливаемых на группу интегральных схем предназначенных для компенсации бросков тока в системах электропитания (развязывающие конденсаторы).
2 метод: уменьшение общих участков протекания токов элементов по шинам питания.
Для уменьшения наводок (помех) по шинам питания необходимо уменьшать участки протекания тока по шинам. Этот метод заключается в установке дополнительных перемычек в шинах питания и земля, которые уменьшают длину общих участков протекания токов.
3 варианта соединения шин питания и земли:
Рисунок А) переключение элемента, например 4, приводит к возникновению паразитных наводок в остальных 3-ъ элементах
Рисунок Б) 4 элемента – возникает помеха на 3-м элементе
Рисунок В) нет влияния на элементы.
Схема а не рекомендуется подключение источника питания к элементам. Схема Б и В – рекомендуемое подключение, но В в исключительном случае при быстродействующих цепях т.к. идёт большой расход ёмкостей.
Кроме применения ИСК для уменьшения помех по цепям питания рекомендуется:
Использование отдельных источников питания для быстродействующих и низкочастотных схем
Если изделие содержит высокомощные и маломощные схемы они должны питаться от отдельных источников и иметь стабилизатор напряжения.
Если источник питания подключен, т.е. питает одну нагрузку, то одну из клемм её следует соединять с клеммой земля.
Если источник питания подключен к нескольким нагрузкам, то к клемме земля на корпусе нужно подключать опорную точку нагрузки
3 метод:Использование металлического листа в качестве “земли”.Этот метод применим для элементов второго уровня конструктивной иерархии ЭВМ (субблоков, блоков, панелей) и заключается в установке в эти конструктивные элементы сравнительно толстого металлического листа, к которому припаивают обратные провода от всех закрепленных ячеек или модулей.
4 метод:Использование сплошных металлических прокладок в качестве шин питания.
Этот метод применим в случае использования многослойных печатных плат для устройств сверхбыстродействующих ЭВМ. В таких платах отдельные слои изготавливают с максимально большой площадью металла и применяют их в качестве шин питания (эти слои следует размещать внутри многослойной платы). При использовании сплошных металлических слоев значительно уменьшаются собственное индуктивное сопротивление шин питания, общие участки протекания токов различных элементов и увеличивается взаимная емкость между шинами питания.