3.5.Проблемы питания цифровых схем

Как известно, во избежание паразитных связей по питанию и для аналоговых, и для цифровых схем рекомендуется использовать развязывающие фильтры (RC-цепочки) [5]. Что касается питания цифровых схем, то здесь имеют место особенности, которые следует принимать во внимание. К числу таких особенностей относится то, что при малых напряжениях в шинах питания протекают достаточно большие токи (до десятков ампер). В связи с этим следует, во-первых, снижать сопротивление шин питания за счет увеличения площади их сечения (ширины в случае печатного монтажа) и, во-вторых, увеличивать количество параллельных контуров при прокладке шин питания.

Другая особенность состоит в том, что в основном из-за индуктивных свойств шин питания имеют место значительные величины изменения потребляемого тока  так называемые броски тока, продуцируемые некоторыми (или всеми) микросхемами. Поскольку устранить индуктивность шины питания невозможно, то применяют конденсаторы развязки, обеспечивающие компенсацию изменения потребляемого тока микросхемой. Такой конденсатор включается между проводом питания и общим проводом. Методика выбора величины емкости конденсатора развязки приведена [4, с. 346]. Руководящие материалы по монтажу интегральных схем рекомендуют устанавливать около каждого корпуса микросхемы конденсатор развязки, обеспечивающий емкость 20 тыс. пФ/вентиль. Обычно ставят конденсатор емкостью 5-10 мкФ на четыре-пять корпусов интегральных схем. В целях эффективного подавления низкочастотных и высокочастотных помех в цепях питания необходимо параллельное включение низкочастотных электрических конденсаторов и высокочастотных керамических конденсаторов небольшой емкости (0,01-0,1 мкФ) с малой собственной индуктивностью. Большая собственная индуктивность электролитических конденсаторов не обеспечивает эффективного подавления высокочастотных помех при использовании только электролитических конденсаторов большой емкости.

3.6.Способы снижения электромагнитных помех и наводок

В схемотехнике следует учитывать оказываемое на работу схем влияние помех и наводок, т.е. токов (напряжений) в функциональных цепях схемы, обусловленных внешними электрическими и (или) электромагнитными источниками энергии. Причины возникновения электромагнитных помех и наводок подробно изложены [4].

Подавление внешних и внутренних помех требует тщательной проработки вопросов, связанных с конструкцией цепей питания, с заземлением, экранированием, с топологией печатных плат, требует учета особенностей применяемой элементной базы. Так, при разработке цифровых схем необходимо иметь ввиду следующие моменты [6]:

• интегральные микросхемы ТТЛ имеют малое входное сопротивление и потому весьма чувствительны к переменному напряжению по линии питания между отдельными корпусами микросхем;

• КМДП микросхемы управляются напряжением и имеют высокое входное сопротивление, они особенно чувствительны к емкостным наводкам;

• ЭСЛ интегральные схемы коммутируют в линиях связи большие токи за малое время, и в этом случае наибольшую важность приобретают проблемы реализации линий связи с минимальными перекрестными связями. Требуется согласование линий связи с нагрузками. Обеспечение помехоустойчивости этих схем затруднено в связи с малой величиной допустимой статической помехи и с учетом того, что транзисторы в интегральной схеме работают в линейном режиме.

Принимая во внимание перечисленные положения, целесообразно руководствоваться следующими рекомендациями:

• применять в цепях питания конденсаторные развязки;

• недопустимо смешивать понятия "общий провод" и "земля", а также нельзя путать провода, их реализующие. Шина "земля" не должна использоваться для передачи мощности. Проводники "общий провод" и "земля" должны соединяться в одной точке конструкции с целью исключения замкнутых контуров, излучающих электромагнитные наводки;

• выполнять питание микросхем или отдельных узлов, потребляющих большие токи, отдельной линией или отдельным источником питания. Следует принимать во внимание, что шины питания индуктивно связаны с информационными линиями;

• резисторы утечки (резисторы, обеспечивающие режимные токи микросхем) необходимо выбирать минимально допустимой величины. Это особенно важно для микросхем с МДП-транзисторами на входе (и цифровых, и аналоговых);

• в узлах и устройствах, использующих ТТЛ схемы, входы, не задействованные в функциональном отношении, следует подключать к шине питания через резистор (ориентировочно 1 кОм). В узлах и устройствах на основе КМДП (МДП) микросхем входы подключаются к шине питания ("плюс" или "общий провод" в зависимости от реализуемой логической функции) непосредственно;

• при использовании на одной печатной плате цифровых и аналоговых микросхем общий провод питания обязательно должен быть разделен на "аналоговый" и "цифровой". Эти провода должны соединяться в одной точке.