МПУЭВС. Лекции. Задания / pdf_ПрилПЦиПУ / Прилож_В_Соединения в МПЭВС

21

Выбор резисторов должен удовлетворять условиям:

(R2║R0/1вх)·EП / [R1+(R2║R0/1вх)]≥ U1min, (В.11)

В формулах (В.10), (В.11) параметр R0/1вх есть входное сопротивление приёмника в статических состояниях сигнала.

Примечание: Так как R0/1вх >> ρ , то допустимо соотношения (В.10), (В.11) представить в упрощенной форме

С учётом соотношений (В.10 а), (В.11 а) сопротивления резисторов R1, R2 определяются по формулам

и статическая нагрузка источника для выходного уровня U1 при подключении согласующих резисторов может уменьшиться.

Статическая нагрузка по выходному току I0вых источника сигнала

где I0вых - выходной ток источника для «короткого» соединения.

Для «длинного» симметричного соединения сопротивления R1, R2, R3, определяемые по формулам (В.8), (В.9), должны дополнительно соответствовать условию выбора

22

при вполне допустимом условии

EП–Uk – U вх >> R1· Iвх.

С учётом равенства (В.16) формулы (В.8), (В.9) преобразуются к виду

при соотношении определяющих параметров Iги= 2·Uвх/ρ. Пример:

Для ρ = 100 Ом; Uвх = 1 В; Uk=1 В; ЕП = ±5 В;

определяются R1=R3 = 0,35 кОм; R2 = 700/6 = 106,66 Ом; Iги =2/100 =20 mA.

В.17 Обеспечение динамических параметров соединения

Динамические свойства соединений характеризуются длительностью фронтов сигнала в соединении. Длительность фронтов передачи сигналов в соединении определяется длительностью фронта переключения источника сигнала S, длительностями заряда-разряда ёмкостей, привносимых в соединение выходом источника (выходами источников - для магистрального соединения), входом приёмника сигнала (входами приёмников - для магистрального соединения) и собственно линией связи источника с приёмником. Учёт накопления искажений фронта от влияния участников процесса передачи сигнала выполняется по формуле, предложенной Элмором, согласно которой длительность фронта переключения сигнала определяется по выражению

tф = [∑(tфi)2]1/2,

где tфi - есть длительности фронтов компонентов, образующих соединение.

В.18 «Короткие» соединения

По условию динамического согласования необходимо обеспечить переключение сигнала за время не более требуемого значения длительности фронта переключения tф на стороне приёмника. Из этого следует, что во время переключения ток источника должен удовлетворять неравенству

23

I0/1вых ≥ (2-3)· (U1- U0)·CΣ / tф , (В.17)

где CΣ - суммарная емкость нагрузки выходного каскада передающей стороны. После переключения выходные токи источника могут соответствовать условию статического согласования (В.7).

Значения токов I0/1вх и CΣ различны для «коротких» и «длинных» линий соединения. В «коротких» соединениях

где Cвых, Cл, Cм, Cвх - соответственно выходная емкость источника, емкость сигнального проводника линии, дополнительная емкость монтажа, входная емкость приемника. Ёмкость линии Сл определяется через длину линии Lл и характеристический параметр погонной ёмкости С0.

Неравенства (В.7), (В.17) применяются к выбору выходных токов источников каскадных и радиальных соединений. Для магистральных соединений токи, составляющие Свых, Свх, См в формуле (В.18) умножается на число объектов N, подключаемых к магистрали.

Для ключевых каскадов источников сигнала имеет место зависимость площади прибора от коммутируемого выходного тока. В свою очередь с увеличением площади переключающего прибора пропорционально повышается выходная ёмкость прибора. Для учёта этого фактора при динамическом согласовании может быть применена модель зависимости выходной ёмкости следующего вида

где Свыхо - значение выходной емкости для конструкции прибора формируемой по технологическим ограничениям (или принятой за базовую при соответствующем выходном токе I0 выхb);

Си - коэффициент пропорциональности по превышению выходным током относительно I0 вых.р;

I0выхр = (I0вых – I0 выхb) - превышение требуемым выходным током

24

транзистора тока базовой топологии, определяющее повышение проектной площади и выходной ёмкости транзистора.

Так как форсирование режима переключения относительно статических значений токов источника связано с усложнением выходных каскадов источников, то выходной ток источника сигнала принимается равным большему из значений определяемых по неравенствам (В.7), (В.17).

К определению ёмкости линии Сл полагаются известными усреднённое значение погонной ёмкости и физическая длина требуемого соединения Lл.

Монтажная ёмкость См в расчёте на один подключаемый объект составляет от 0,2 до 2 пФ.

Для динамического согласования «длинных» соединений вход в линию и выход на нагрузку могут рассматриваться раздельно. На входе в соединение и на выходе линии соединения в реальных соединениях присутствуют ёмкости. Суммарное замедление фронтов при ступенчатом переключении

В выражении (В.20) суммируемые составляющие Тфвх, Тфл, Тфн соответственно оцениваются для моделей изображённых на рисунке В.20 для стороны источника сигнала, для линии соединения, для стороны приёмника по приближённым выражениям следующего вида

25

где СΣ1= Свых + См; СΣ2= Свх + См; Rн = ρЛ = U1/ I0/1ВЫХ;; П - полоса пропускания линии;

См – ёмкость монтажа линии на стороне источника и приёмника.

В отсутствие сведений о полосе пропускания линии соединения для приближённых оценок следует принять погонную длительность фронта ли-

нии Тпфл ≈ (0,03-0,04) ·Lл(0,3-0,5) нС/м.

Выходной ток источника передающей стороны (см. формулы (В.17)) должен соответствовать формированию уровня U1 от источника сигнала на входе в линию соединения, при её волновом сопротивлении. Согласно выражению (В.21) возможности удовлетворения требований по времени переключения сигнала повышением выходного тока источника ограничены. С одной стороны это связано с ухудшением фронтов сигнала в линии (зависящим от длины линий соединения), а с другой стороны необходимым выбором линий с пониженным волновым сопротивлением. К сказанному следует учитывать, что в выражении не учтена длительность фронта сигнала переключающего ток источника. Способом восстановления длительности фронтов сигнала в «длинных» линиях является применение формирующих фронты повторителей (репитеров) через определённые участки соединения.

Для входного каскада выбор резисторов R1, R2, R3 выполняется по формулам (В.8), (В.9) (В.16)

и они соответствуют условиям статического согласования для симметричных соединений.

Модель для динамического согласования «коротких» симметричных соединений приведена на ри-

сунке В.21 для одного приёмника сигнала (каскадное, радиальное соединение). Согласно рисунку В.21 напряжение приёмной стороны Uвх приложено

26

к элементам Cм, Свых, Свх, соединённым последовательно, что эквивалентно снижению их накапливающего влияния и замедления процесса переключения в два раза по сравнению с несимметричными соединениями. Влияние ёмкости Сл в симметричных «коротких» соединениях такое же, как и в несимметричных. В «коротких» магистральных соединениях увеличение числа нагрузок повышает суммарную ёмкость входов и выходов источников и приёмников, а сопротивления R1, R2, R3 корректируются для удовлетворения условия динамического согласования. Условие динамического согласования для модели соединения, показанной на рисунке А.9, представляется выражением (В.17)

Tф≥ 2,5 · (2·R1)||R2)· [CΣ = Cл +0,5·(Cвых + Cм +Cвх)]. (В.17а)

Длительность фронта по выражению (В.17а) в определённых пределах может быть приведена в соответствие с заданными требованиями увеличением или уменьшением сопротивлений R1, R2, R3. Уменьшению сопротивления резисторов соответствует повышение тока источника сигнала Iги. Коэффициент 0,5 перед составляющими Cвых, См, Cвх учитывает последовательную схему их включения в модели на рисунке В.21.

Учитывая зависимость Cвых от выходного тока, представленную выражением (В.19), следует обратить внимание на противоположное влияние выходного тока источника Iги. на величину сопротивлений и составляющих ёмкости Cвых в неравенствах (В.17), (В.17а). В результате минимальная длительность фронта ограничена значением, не зависящим от повышения тока Iги, что ограничивает диапазон понижения длительности фронта переключения.

В «длинных» соединениях монтажные ёмкости учитываются на приёмной и передающей сторонах соединения, а влияние ёмкости Сл учитывается либо через снижение полосы пропускания П, либо через погонное увеличение длительности фронта. Выходная ёмкость ключей источника сигнала (Свых) приводится в соответствие от выходного тока, согласно формуле (В.19) с учётом ограничения этого тока по условию

27

Iги = 2·Uвх/ ρЛ.

Изменить допустимо либо ток, снимая ограничение на напряжение Uвх , либо применить линию с иным значением волнового сопротивления.