книги из ГПНТБ / Скарлетт, Дж. Транзисторно-транзисторные логические интегральные схемы и их применение

синфазным — между проводником и земляным слоем. Поскольку действующее значение диэлектрической постоянной у воздуха, находящегося между двумя проводниками, меньше, чем у материала платы, дифференциальное распространение происходит быстрее,

чем синфазное. Таким образом, импульс, проходящий по микрополосковой линии, содержит две составляющие, которые достигают выходного конца линии в различные моменты времени, разность которых пропорциональна произведению длины линии на разность задержек на распространения сигналов обоих видов.

Если на вход сигнальной линии подается положительный им­ пульс с амплитудой £ , то в результате синфазного распространения в воспринимающей линии будет наведен положительный импульс с амплитудой £72, а в результате дифференциального распростра­ нения — отрицательный импульс с амплитудой —Е!2. Поскольку

дифференциальное распространение происходит быстрее, чем син­ фазное, то в результате в воспринимающей линии появится отрица­ тельный импульс, амплитуда которого будет расти по мере увели­ чения длины линии. Эту амплитуду можно определить по формуле

где I — длина линии в метрах, dEt/dt — скорость нарастания импульса в вольтах на наносекунду и Kf — постоянная прямой наводки, которую можно найти из фиг. 14.19. Для большинства практических случаев в печатных платах с ТТЛ ИС прямой навод­ кой можно пренебречь.

14.4.2.ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ В КОНЦЕ ВОСПРИНИМАЮЩЕЙ ЛИНИИ НА В Е Л И Ч И ­ НУ ОБРАТНОЙ НАВОДКИ

В подразд. 14.4.1 предполагалось, что у обеих линий оконечные нагрузки равны их волновым сопротивлениям Z0. Если восприни­ мающая линия длинная и на входе нагружена Z0, то, как указы­ валось в подразд. 14.4.4.1, наводка на входе линии будет равна К ВЕ при любом импедансе нагрузки в конце линии. Если нагрузка на входе линии имеет импеданс ZS<CZ0, то амплитуда наведенного импульса будет меньше КвЕ, а если ZS> Z 0, то эта амплитуда VB будет больше КВЕ и при Zs-yoo достигнет значения VB=2KBE.

Если импеданс нагрузки на выходе линии Zr= Z 0, то будет всего одно отражение, но если Zr также не согласован с волновым сопро­ тивлением линии, то в воспринимающей линии будут паразитные колебания, так же как и в непосредственно возбуждаемой линии. Эти отражения можно найти графически, как показано в подразд.

вал бы в воспринимающей линии подобную же последовательность отражений, начинающихся с точки V = —К ВЕ и I = K BE/Za.

14.4.3.ПЕ РЕ КРЕ СТ Н Ы Е НАВОДКИ МЕЖДУ ТТЛ-ЛИНИЯМИ

Перекрестные наводки между ТТЛ-линиями можно вычислить таким же способом, как паразитные колебания в одиночной линии, но при этом необходимо принимать в расчет четыре различных ста­ ционарных режима. Воспринимающая линия может иметь вентильисточник на том же конце, что и сигнальная линия (сигналы в фазе), или же вентили-источники в обеих линиях расположены в противо­ положных концах (сигналы в противофазе); все это показано на фиг. 14.21. Кроме того, на выходе вентиля-источника состояние может быть 1 или 0. Эти четыре стационарных режима необходимо оценить как для передних, так и для задних фронтов импульсов.

Все эти случаи можно решить графически, но при этом необхо­ димо обратить внимание на то, что график должен строиться в пра-

вильном квадранте, а также не забывать прибавлять к стоячим вол­ нам напряжения и тока, уже действующим в линии, наведенные напряжение и ток. Некоторые инженеры для каждого случая реше­ ния заново правильно ориентируют оси координат у входных и выходных характеристик ТТЛ-вентилей. Автор предпочитает нахо­ дить все отражения по одним и тем же характеристикам вентилей

положительного фронта импульса, сигналы в противофазе; б — от отрицатель­ ного фронта импульса, сигналы в противофазе; в — от положительного фронта им­ пульса, сигналы в фазе; г — от отрицательного фронта импульса, сигналы в фазе.

(фиг. 14.10) и просто переворачивать ось тока для случая противо­ фазных сигналов. Можно раз и навсегда нарисовать на миллимет­ ровке граничные характеристики используемых логических ИС, и тогда графики отражений для различных значений К в и Z0 можно наносить на кальке, накладывая ее на характеристики.

14.4.3.1. Наводки при 0 в воспринимающей линии. Картина отра жений, действующих в длинной воспринимающей линии, находя­ щейся в состоянии логического 0, показана на фиг. 14.22 для слу­ чаев, когда сигналы находятся в фазе и противофазе, для положи­

тельных и отрицательных фронтов импульсов в сигнальной линии. Из фиг. 14.22 видно, что случай сигналов в противофазе с наводкой от положительного фронта импульса является лишь одним из че­ тырех возможных случаев, когда напряжение на входе вентиля-

Ф и г. 14.23. Перекрестные наводки при 1 на воспринимающей линии: а — от положительного фронта импульса, сигналы в противофазе; б — от отрицатель­ ного фронта импульса, сигналы в противофазе; в — от положительного фронта импульса, сигналы в фазе; г — от отрицательного фронта импульса, сигналы в фазе.

приемника может превысить порог переключения. Следует отметить, что начальная точка А лежит при напряжении УоьА~КвЕ, а не КвЕ. Поскольку входное сопротивление вентиля-приемника велико по сравнению с Z0, амплитуда первого фронта импульса на входе воспринимающей линии будет приблизительно равна 2КвЕ+Уоь-

При сигналах в противофазе наводка от отрицательного фронта импульса может создать на входе вентиля-приемника напряжение, которое приближается к порогу переключения, как это показано на фиг. 14.23,6. При сигналах в фазе возмущающее воздействие на входе вентиля-приемника (на выходе воспринимающей линии) от наводки от отрицательного фронта импульса невелико, но на входе воспринимающей линии будет отрицательный импульс.

14.4.3.3. Воспринимающие линии с длиной меньше критической.

Картины отражений, показанные на фиг. 14.22 и 14.23, действи­ тельны для линий с длиной больше критической. От длины линии зависит длительность отраженных импульсов (фиг. 14.24). В линиях с длиной меньше критической отраженные импульсы имеют тре­ угольную форму, а их амплитуды меняются пропорционально длине линии.

14.4.3.4. Влияние паразитных колебаний в сигнальной линии.

Во всем разд. 14.4 при описании картины перекрестных наводок предполагалось, что в сигнальной линии действует одинаковой формы положительный или отрицательный фронт импульса, имею­ щий амплитуду Е. Однако во всех практических случаях в сигналь­ ной линии будут паразитные колебания, как это описывалось в разд. 14.3, и результирующий наведенный сигнал в воспринимаю­ щей линии будет суммой сигналов, наводимых каждым последую­ щим отраженным фронтом импульсов в сигнальной линии.

натной сетки (3/4 натуральной величи­ ны). Рисунок сделан с фотошаблонов, по которым изготавливаются платы, и показывает одновременно обе совме­ щенные стороны платы. Проводники, идущие вертикально, расположены на лицевой стороне платы, проводники, идущие горизонтально,— на обратной. Цифры и буквы, изображенные на ри­ сунке в зеркальном отражении, отно­

сятся к обратной стороне платы.

путем прямого эксперимента. Для экспериментальной радиоэлект­ ронной системы, построенной на ТТЛ ИС, были изготовлены платы с печатными проводниками, имеющие номинальную ширину провод­ ников 0,48 мм, шаг проводников 1,27 мм и диаметр контактных площадок 1,27 мм. На некоторых из этих плат были частично уста­ новлены ТТЛ ИС таким образом, чтобы оставались свободные про­ водники, которые можно было бы соединять между собой при по­ мощи перемычек между неиспользуемыми контактными площад­ ками. В результате установки таких перемычек получались цепи, в каждой из которых проводник по нескольку раз пересекал самого себя, а в некоторых случаях шел по одному и тому же пути дважды, но в противоположных направлениях. В большинстве случаев общая длина цепи была около 0,7 м, что означает, что можно испытывать как «длинные», так и «короткие» линии на одних и тех же цепях; для этого достаточно менять длительности фронтов на выходе обыч­ ного импульсного генератора.

Методом варьирования резистивных нагрузок в конце линий (при поданном питании на ТТЛ ИС) вплоть до практически полной ликвидации отражений было найдено, что все проверенные линии обнаруживают волновое сопротивление в пределах от 97 до 105 Ом. Разброс значений волнового сопротивления проявился в равной ме­ ре для всех проверенных линий и связан с многочисленными не­ большими неоднородностями в линиях. Были проведены также испы­ тания для максимального числа размещаемых на платах логических ИС, и хотя результаты этих испытаний сходны с результатами пре­ дыдущих испытаний, они страдают некоторой неопределенностью, связанной с тем, что фактически невозможно полностью заэкрани­ ровать щупы осциллографа, а также полностью исключить влияние перекрестных наводок.

Далее были проведены дополнительные испытания для несколь­ ких пар печатных плат, соединенных через разъемы и цепи ответной панели, на которой проводники и контактные площадки имели такие же размеры, как на платах. Главной целью этой серии эксперимен­ тов было обнаружить, не может ли торцевой разъем платы вносить недопустимые отражения. Полученные результаты показали, что, когда проводники на обеих сторонах платы, не имеющей слоя земли, идут параллельно, картина электрических сигналов в них может быть рассчитана по теории микрополосковых линий.

15.2.2.ЭКСПЕРИМЕНТЫ с ПЛАТАМИ, У КОТОРЫХ ПРОВОДНИКИ НА ОБЕИХ СТОРОНАХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫ

Результаты экспериментов, проведенных над платами с прямо­ угольной сеткой проводников, показали, что картину паразитных колебаний в платах, предназначенных для установки ТТЛ ИС, можно рассчитать, однако эти результаты нельзя полностью приме­ нить к платам ответных панелей, у которых проводники идут в од-