МПУЭВС. Лекции. Задания / pdf_ПрилПЦиПУ / Прилож_В_Соединения в МПЭВС

11

Для элементов со схемой выходной цепи источника сигнала, изображенной на рисунке В.8, кроме двух логических состояний может быть установлено третье (отключённое) состояние. Отключенное состояние выхода передающей стороны обеспечивается одновременной подачей сигналов X1, Х2 низкого уровня на входы транзисторов VТ1, VТ2, что приводит к одновременному их закрытию (выключению, переводу выхода в высокоомное, Z- состояние). Возможность отключения позволяет применить такие элементы в качестве выходных каскадов источников магистральных соединений.

В.8 Источники несимметричных соединений базиса МОП и

КМОП

На рисунке В.9 изображены схемы выходного каскада на полевых транзисторах (ПТ) с индуцированным каналом n-типа, которые по существу является аналогом выходного усилителя в базисе ТТЛ.

Транзистор VТ1 является нелинейной нагрузкой активного транзистора VТ2. Для схемы на рисунке В.9, а при высоких (более напряжения отсечки транзистора VТ2) уровнях сигнала X1 на входе транзисторы VТ1, VТ2 открыты, но на выходе устанавливается состояние U0вых, I0вых вследствие более высокого сопротивления транзистора VТ1 в сравнении с VT2. При низком уровне сигнала X1 (ниже напряжения отсечки транзистора VТ2) транзистор VТ2 за-

12

крывается, происходит смена состояния выхода. Транзистор VТ1 попрежнему остаётся открытым, но ток его канала ограничен в связи с закрытым состоянием транзистора VТ2. На рисунке В.9, б приведена схема выходного каскада на взаимно-дополняющих ПТ (КМОП ПТ) с индуцированными каналами n- и р-типа. Для приведенной схемы характерно полное противофазное закрывание и открывание транзисторов VТ1, VТ2 при переключении логических состояний.

Как и в ТТЛ базисе диапазоны значений выходных U0/1вых и входных U0/1вх напряжений сигналов напряжений источников и приёмников для МОП ПТ и КМОП ПТ базиса цифровой техники нормируются, как соответственно равные и фиксированные. Значения выходных токов источников и входных токов приёмников подлежат согласованию. Их значения для конкретных исполнений приводятся в паспортных данных применяемых элементов.

Функциональные элементы источников сигнала несимметричных соединений с выходными каскадами, показанными на рисунках В.8,В.9, могут быть представлены рисунком В.10.

Рисунок В.10Расчётная модель источника сигнала несимметричного соединения

В.9 Входы приемников несимметричных соединений базиса ТТЛ

Типовая схема входа ТТЛ приёмника представлена на рисунке В.11. Когда на вход схемы с линии подается низкий уровень U0вх, то через резистор R1, открывается эмиттерно-базовый р-n переход многоэмиттерного транзистора МЭТ.

13

Этот транзистор переходит в режим глубокого насыщения и «закорачивает» узел «1» на общий вывод элемента. Напряжение в узле «1» будет недостаточным для открывания сборки р-n-

переходов эмиттер-база транзистора VT1 и диода VD1. Транзистор VT1 внутренней части схемы будет закрыт. При подаче на вход схемы напряжения U1вх р-n переход эмиттер - база МЭТ смещается в обратом направлении а р-n переход коллектор - база МЭТ через резистор R1 смеща-

ется в прямом направлении. Транзистор МЭТ переводится в инверсное включение, обеспечивая открывание транзистора VT1 внутренней части схемы приёмника. В результате этого происходит смена состояния на выходе приемной стороны. Входной ток закрытого входа ТТЛ схем направлен в сторону приемника и обозначается I1вх. Входной ток I0вх противоположен направлению тока I1вх. Для ТТЛ элементов значения токов I1/0вх соответствуют условию

I0вх>>I1вх

и гарантируются изготовителем в паспортных данных элемента. Входные сопротивления ТТЛ приемника могут быть оценены по соотношениям

Типовые значения R0вх, R1вх составляют единицы и десятки кОм.

В.10 Входы приемников несимметричных соединений базиса

МОП ПТ и КМОП ПТ

На рисунке В.12 приведена схема входной цепи приёмника на МОП транзисторах (для базиса КМОП ПТ схема аналогична с тем отличием, что

14

входная ёмкость Cвх образуется параллельным включением переключающего и нагрузочного транзисторов). Входные напряжения приемников на МОП ПТ определяются напряжениями отсечки (U0) каналов

U0вых = U0вх < 0,5* U0 ;

U1вых = U1вх > (2-3)* U0 .

Входные токи I1/0вх МОП приёмника пренебрежимо малы (107÷10 10)А, что способствует накоплению статического заряда на затворе

и создаёт угрозу пробоя затворной цепи. Для снижения угрозы накопления потенциала между затвором и истоком рекомендуется устанавливать между затвором и истоком входных транзисторов шунтирующие резисторы с сопротивлением не более (100÷150) к0м (на рисунке В.12 не показаны).

Функциональные элементы приёмников сигнала несимметричных соединений с входными каскадами, показанными на рисунках В.11, В.12, могут быть представлены рисунком В.13

Рисунок В.13 - Расчётная модель приёмника сигнала несимметричного коммуникационного соединения

В.11 Структуры несимметричных соединений

Структуры несимметричных соединений образуются из трёх компонент, приведенных на рисунке В.14:

- одной (при каскадной или радиальной структуре тракта) или нескольких (при магистральной структуре тракта) выходных цепей источников сиг

нала (S-компонент);

15

-линии передачи сигнала некоторой длины L (на рисунке В.14 L =Д);

-одной (при каскадной или радиальной структуре тракта) или нескольких (при магистральной структуре тракта) входных цепей приёмников сигнала (D-компонент).

Рисунок В.14 – Состав несимметричного соединения.

При магистральной структуре каждый электронный узел соединения содержит параллельно включённые источник S и приёмник D. При этом электронные узлы равномерно распределяются вдоль линии связи.

В.12 Статическое согласование источников несимметричных

соединений с приёмниками

В несимметричных соединениях выполняется соглашение U0/1вых ≈ U0/1вх, а значения выходных токов источников сигнала I0/1вых, входных I0/1вх токов приёмников подлежат согласованному выбору по статическим состояниям сигналов и обеспечению требуемой скорости переключения. Анализируя ограничения по реализации базисов ТТЛ и МОП ПТ можно показать, не приводя аргументов, что попадание в диапазон допустимых рабочих напряжений U0/1вх приёмной стороны соединения обеспечивается при выполнении условия

где под током I0/1вх приёмной стороны соединения понимается полный ток нагрузки источника сигнала. Этот ток складывается из входного тока базисного элемента для каскадных и радиальных структур и токов дополнительных резисторов, если они подключены параллельно входу базисного элемен-

16

та. Дополнительные резисторы могут устанавливаться для защиты затворов МОП ПТ от накопления заряда статического электричества и для подавления сигналов «эхо» (комментарий к проблеме «эхо» будет дан позднее).

Для магистральных несимметричных соединений под током I0/1вх соединения понимается суммарный ток входов приёмников и закрытых (отключённых) источников всех электронных узлов тракта. Приведенное выше неравенство является условием согласования приёмника и источника несимметричного соединения по статическим сигналам.

В.13 Электронные узлы симметричных соединений

Симметричные функциональные электронные узлы выполняются на биполярных транзисторах с эмиттерными связями (базис ЭСЛ) и полевых транзисторах с истоковыми связями на МОП ПТ и КМОП ПТ (базис МОП ПТ и КМОП ПТ). В основу построения схем на биполярных и полевых транзисторах положены общие принципы. В схемах с эмиттерными и истоковыми связями выбор сопротивлений нагрузок выполняется так, чтобы заход режимов транзисторов ЭСЛ и МОП ПТ в область «крутых» характеристик был исключен.

В.14 Выходные каскады источников симметричных соединений

базиса ЭСЛ

Схема ЭСЛ формирователя с симметричными выходами передающей стороны источника сигнала изображена на рисунке В.!5. Управляющими воздействиями XI, Х2 обеспечиваются противофазные состояния транзисторов VТ1, VТ2. Транзисторы VТ1, VТ2 поочередно переключают ток общего генератора IГ в одно или другое «плечо» симметричной линии. Выходное сопротивление, как включенного, так и выключенного транзистора составляет единицы и десятки тысяч Ом и существенно превышает сопротивление нагрузки на приемной стороне. Эмиттеры и коллекторы транзисторов VТ1, VТ2 симметричны относительно общего вывода выходного каскада и соединения в целом. Значение тока Iг определяется условиями согласования линий на

17

приемной стороне соединения и составляет десятки и сотни миллиампер. Сигналы XI, X2 на

выходной каскад поступают от преобразователя уровней сигналов несимметричных соеднений. Применение МОП ПТ вместо БПТ не привносит существенных изменений в схемное построение выходного каскада. Вместо БПТ с со-

единёнными эмиттерами в элементе применяются МОП ПТ с соединёнными истоками.

Функциональные элементы источников сигнала симметричных соединений с выходными каскадами, показанными на рисунке В.15, могут быть представлены рисунком В.16

Рисунок В.16 - Расчётная модель источника сигнала симметричного соединения

В.15 Входные каскады приёмников симметричных соединений ба-

зиса ЭСЛ и МОП ПТ

Приемная сторона соединения объектов с симметричными относительно общего провода входами исполняется на дифференциальных приемниках по схемам, изображенным на рисунках В.17 а на БПТ и В.17 б на МОП ПТ.

18

На приёмной стороне соединения схеме в соответствии с рисунками В.17 а,б устанавливаются резисторы R1=R3 для замыкания цепи выходного тока транзисторов VТ1, VТ2 передающей стороны (см. рисунок В.15) резистор R2 для выделения биполярного дифференциального сигнала требуемой амплитуды.

Рисунок В.17 - Входные каскады приёмников симметричных соединений

Разность потенциалов между клеммами «+», «-» для БПТ входов приёмной стороны соединения принимается в диапазоне значений

0,5 В≤ Uвх ≤ 2 В

и обеспечивается выбором сопротивления резистора R2, тока генератора передающей стороны (Iги), напряжения источника питания Еп. Для схемы входов приёмника базиса МОП ПТ требуемая разность потенциалов между клеммами «+», «-» принимается более 2U0 .

Расчет сопротивлений R1=R3 и R2 производится по соотношениям:

где током Iвх= Iгпр/(В+1) можно пренебречь. В выражениях (В.8), (В.9) переменные Iвх, Iгпр, В - есть входной ток и ток генератора тока, коэффициент передачи тока базы транзисторов входного каскада приемной стороны соединения соответственно. Остаточное напряжение Uk на открытых транзисторах источника сигнала принимается таким, при котором исключается заход режимов для БПТ транзисторов в область насыщения или в область «крутых»

19

характеристик для МОП ПТ.

Выбор резисторов по формулам (В.8), (В.9) обеспечивает согласование выходов источника и приёмника симметричного соединения по статическим сигналам. Функциональные элементы дифференциальных приёмников симметричных соединений с входными каскадами, показанными на рисунках В.17 а, б, представляются рисунком В.18

Рисунок В.18 - Расчётная модель приёмника сигнала симметричного соединения

Пример: Для Uвх =1 В; Uk=1 В; Еп = 5 В (два источника по 5 В разной полярности); Iги= 10 мА; В = 50; Iг пр = 1 мА; R1=R3= 0,7 кОм; R2 =233 Ом.

В.16 Эффект «эхо» в электрических соединениях

Эффект «эхо» в электрических соединениях проявляется при задержках

передачи сигнала (tз) между источником и приёмником превышающих половину длительности фронта сигнала tф. Соединения, в которых проявляется эффект «эхо», принято относить к длинным (в противоположном случае соединение определяется, как короткое).

Эффект «эхо» объясняется отражением сигнала от нагрузки из-за несогласованности среды передачи сигнала с нагрузкой. Среда передачи сигнала характеризуется совокупностью свойств, одним из которых является волновое сопротивление ρ [Ом]. Условием подавления «эхо» в длинных соединениях является выбор сопротивления Rн нагрузки линии по условию

ρ = Rн.