- •Введение.
- •Цели и задачи дисциплины.
- •Связь с другими дисциплинами и необходимый уровень подготовки.
- •Кодирование логической и двоичной информации электрическими сигналами.
- •Характеристики электрических сигналов.
- •Простейшие логические операции и их схемотехническая реализация (диодные схемы).
- •Ттл элемент, работа схемы, основные характеристики.
- •Разновидности логических элементов и серии интегральных микросхем.
- •Соединения логических элементов и радиокомпонентов.
- •Схемотехника функциональных устройств.
- •Схемотехника последовательностных устройств.
- •Триггеры.
- •Счётчики.
- •Двоичные счетчики.
- •Недвоичные счетчики.
- •Регистры.
- •Параллельные регистры.
- •Последовательные (сдвиговые) регистры.
- •Комбинационные устройства.
- •Дешифраторы.
- •Линейный дешифратор.
- •Матричный дешифратор.
- •Пирамидальный дешифратор.
- •Дешифраторы интегрального исполнения.
- •Мультиплексор и демультиплексор.
- •Мультиплексоры интегрального исполнения.
- •Сумматоры.
- •Одноразрядные комбинационные сумматоры.
- •Многоразрядные сумматоры.
- •Последовательный многоразрядный сумматор.
- •Параллельный многоразрядный сумматор.
- •Ускоренный перенос.
- •Арифметико-логическое устройство.
- •Устройства памяти.
- •Статические элементы оперативных запоминающих устройств.
- •Запоминающий элемент на биполярных транзисторах.
- •Запоминающий элемент на полевых транзисторах.
- •Динамический запоминающий элемент оперативных запоминающих устройств.
- •Запоминающие элементы пзу.
- •Организация бис зу.
- •Построение запоминающих устройств эвм.
- •Программируемые логические матрицы.
- •Формирователи.
- •Определение интервала времени по заданным уровням сигналов в цепях первого порядка.
- •Формирователи периодических сигналов.
- •Несимметричный мультивибратор на логических элементах.
- •Формирователь фронтов (спадов) — триггер Шмитта.
- •Формирователи импульсов.
- •Формирователь на интегрирующей rc цепи.
- •Одновибратор с дифференцирующей rc цепью.
- •Одновибраторы интегрального исполнения.
- •Интерфейсные устройства.
- •Буферные устройства.
- •Передача сигналов по линиям связи.
- •Несимметричные линии связи.
- •Согласование линий связи.
- •Симметричные линии связи.
- •Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
- •Цифро-аналоговые преобразователи (цап).
- •Цифро-аналоговый преобразователь на суммировании токов.
- •Цифро-аналоговый преобразователь на матрице r-2r.
- •Аналого-цифровые преобразователи (ацп).
- •Параллельный ацп.
- •Ацп последовательного приближения (последовательные ацп).
- •Ацп двойного интегрирования.
- •Системы индикации.
- •Индикация состояния логического элемента.
- •Индикация состояния шин.
-
Передача сигналов по линиям связи.
Особенное значение имеют электрические цепи, по которым передаются сигналы как между входами и выходами микросхем на печатной плате, так и между различными устройствами ЭВМ, находящимися на разных платах и в разных корпусах.
Такие электрические цепи будем называть линиями связи. Большинство линий связи относятся к несимметричным.
-
Несимметричные линии связи.
На рис.105 показаны разновидности несимметричных линий связи: а — одиночный проводник, б — витая пара, в — коаксиальный кабель
.
Рис.105. Несимметричные линии связи.
Одиночный проводник — обычная линия связи, широко используемая на печатных платах, выход передатчика и вход приемника связываются одиночным проводником, а электрическое замыкание цепи осуществляется через общий проводник печатной платы. Преимущество однопроводной линии связи — простота, а недостаток — большое количество помех, возникающих в общем проводнике печатной платы и воздействующих на передаваемый сигнал.
Витая пара — два изолированных проводника свитые между собой, один из них связывает передатчик и приемник сигналов, а второй используется для замыкания электрической цепи. При использовании витой пары в пределах печатной платы существенно повышается помехоустойчивость передачи информации, но стоимость такой конструкции выше, чем одиночного проводника.
Коаксиальный кабель — специальная конструкция, состоящая из центрального проводника, находящегося в изоляционной оболочке, поверх которой расположен цилиндрический экранирующий проводник.
Имеет смысл рассматривать влияние отражения сигналов, если линия связи работает как длинная линия, а это определяется выполнением условия
, где — время распространения сигнала по линии связи, — длительность импульсного сигнала.
При выполнении этого неравенства отраженные сигналы от концов линии не оказывают влияния на форму импульса, т.е. такую линию не имеет смысла рассматривать как длинную линию. Учитывая, что скорость распространения сигналов в соединительных линиях около 25 см/нс, а длительность фронтов формируемых на выходах элементов ТТЛ серий от 2 до 20 нс можно определить длину соединительных проводников, у которых выполняется указанное неравенство. Данные по ТТЛ сериям приведены в таблице16.
Таблица.16
Серия |
Длительность фронта [нс] |
Длина линии [см] |
74L, 158 |
15 (от 0,3 до 2,7В) |
150 |
74 , 155 |
5 (от 0,7 до 2,7В) |
50 |
74H, 131 |
7 (от 0,3 до 2,7В) |
65 |
74S, 531 |
2,5 (от 0,3 до 2,7В) |
25 |
74LS, 555 |
6 (от 0,3 до 2,7В) |
55 |
Если принять, что — выходное сопротивление источника сигнала, — волновое сопротивление линии связи, — сопротивление нагрузки, подключенное к выходу линии, то напряжение на входе линии (в точке А) можно определить по формуле , где — выходное напряжение элемента передатчика. В процессе передачи сигналов по длинной линии наблюдается отражение сигналов от концов линии связи и неоднородностей по ее длине. Коэффициент отражения на входе линии (в точке А) может быть оценен соотношением
а на выходе линии (в точке В) —
Величина отраженной волны определяется как произведение величины падающей волны на коэффициент отражения.
Рассмотрим на примере влияние отражения на качество передачи сигнала по линии связи между двумя логическими элементами со следующими параметрами: , , , логический элемент - передатчик изменяет состояние выхода с нулевого на единичное с уровнем напряжения 4В. Коэффициенты отражения примут значения и .
При переключении элемента на входе линии (в точке А) имеем
=1В.
Этот сигнал приходит в конец линии и отражается, в конце линии (в точке В) будем иметь , причем произведение — это отраженная волна, которая приходит в начало линии и вновь отражается. При этом на входе линии получаем
и соответственно вычисляя далее, получаем
, ,
,
, ,
и т.д.
Результаты расчетов в виде графиков приведены на рисунке 106.
Как видно из графика сигнал на входе и выходе линии является плавно нарастающим напряжением, вид которого приводит только к задержке сигнала во времени. Однако при других соотношениях сопротивлений форма сигнала претерпевает более серьезные изменения, которые могут привести к нарушению работоспособности. Рассмотрим работу линии при: , остальные параметры как в предыдущем примере. Коэффициенты отражения примут значения и .
Рис.106. График изменения напряжения на концах
линии связи.
Рассчитаем напряжения на концах линии:
,
,, и так далее.
Результаты расчетов в графическом виде представлены на рис.107.
Анализ графиков позволяет сделать вывод, что форма сигналов имеет вид колебательного процесса с периодом четыре интервала времени распространения сигнала по линии в одном направлении.
Из рассмотренного видно, что в зависимости от соотношения величин входного и выходного сопротивлений передатчика и приемника сигнала, а также волнового сопротивления линии процессы передачи сигналов по линии связи могут быть самого разнообразного вида.
Самое нехорошее соотношение будет тогда, когда на обоих концах линии коэффициенты отражения будут единичными и с разными знаками, возможна полная потеря информации.
Рис.107. График передачи сигнала по линии связи.
Подобные искажения сигналов при передаче их по длинным линиям приводят к снижению надежности работы всего вычислительного устройства. Для уменьшения искажений длинными линиями необходимо выполнять их согласование с передатчиками и приемниками сигналов.
Лекция 34.