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 токов; возникновении
ЭДС самоиндукции при протекании
импульсных токов, медленных колебательных
процессов в шинах питания при бросках
тока нагрузки.
Для минимизации «постоянной» помехи нужно выбрать такую конструкцию шин, при которой падение напряжения на ней будет меньше заданной минимальной величины допустимой помехи.
Рассмотрим
случай, когда
одинаковых логических элементов имеют
общую шину «земля», присоединенную к
нулевой точке на одном конце шины.
Очевидно, что в наихудшем режиме с точки
зрения помехозащищенности работает
-ый
элемент, поскольку его реальная
статическая помехозащищенность уменьшена
на величину
.
Из схемы замещения сформулируем требование к конструкции шины «земля» для сопротивления участка шины между двумя микросхемами:
,
Где
–
заданный допустимый уровень помехи,
–
ток, потребляемый микросхемой.
Конструктивные меры по уменьшению постоянных помех:
- увеличение сечения шины «земля»;
- Увеличение числа заземляющих точек (см. рис.);
- применение навесных шин питания;
- использования для подводов питания отдельных слоев многослойной печатной платы.
Импульсные помехи в цепях питания обуславливаются бросками тока потребления интегральных логических схем при переключении из одного состояния в другое, а также токами перезарядки паразитных емкостей сигнальных линий связи. Как правило, это относительно большие по значению и короткие по длительности токи (иногда сотни миллиампер за единицы наносекунд). Протекая по шине «земля» цепи питания, они создают импульсные падения напряжения, которые, прикладываясь ко входу микросхемы, создают импульсные помехи.
Задаваясь
значением допустимой импульсной помехи
можно оценить допустимую индуктивность
участка шины «земля» между микросхемами,
когда
логических элементов одновременно
меняют свое состояние:
,
Где
время нарастания фронта в логическом
элементе,
– амплитуда импульса тока потребления.
Уменьшение импульсной помехи в цепях питания достигается выбором элементов с малыми бросками токов потребления при переключении, либо путем уменьшения индуктивности шины, а именно:
- увеличением числа заземляющих точек;
- применением заземленных медных листов;
- использования для подводов питания отдельных слоев многослойной печатной платы.
- выбором соответствующей конструкции шины питания, например навесной шины (см. рис.). 1 – слой диэлектрика, 2 и 3 – проводящие слои.
- применением индивидуальных конденсаторов развязки:
Идея использования индивидуальных конденсаторов развязки заключается во введении индивидуальных для каждой ИМС источников энергии с малой паразитной индуктивностью (напр. Керамические конденсаторы). Эти конденсаторы в промежутках между переключениями микросхемы заряжаются до уровня питающего напряжения, а во время переключения ИМС разряжаются на небольшое напряжение, отдавая ток перезаряда переключаемой ИМС.
В качестве индивидуальных конденсаторов развязки необходимо выбирать конденсаторы с малой собственной паразитной индуктивностью. Обычно это керамические конденсаторы. Конструктивно конденсатор устанавливается в непосредственной близости от микросхемы.
Выбор емкости индивидуального конденсатора производится из условия равенства заряда, накапливаемого за время переключения конденсатором заряду, переносимому динамической составляющей тока потребления за это же время. При этом, как правило, задаются максимально допустимым изменением напряжения на конденсаторе.
,
где
–
максимальное значение переменной
составляющей тока потребления,
– допустимый уровень импульсной помехи
по шине питания.
На
практике часто принимают
,
где
– коэффициент, характеризующий серию
ИМС,
– ток КЗ по выходу ИМС.