25. Особенности обеспечения помехозащищенности аппаратуры, построенной на цис

Аппаратура, построенная с применением ИС и БИС, может также подвергаться как внутренним, так и внешним наводкам и сама служит источником наводок. Внутренние наводки в МЭА зависят от двух факторов:

1) паразитных связей в ИС и БИС;

2) паразитных связей между ИС и БИС, получающихся при компо-новке из них узлов и блоков.

Размеры отдельных элементов, входящих в состав ИС и БИС (резисторов, конденсаторов, проводников и т.д.), малы по сравнению с аналогичными элементами для дискретных узлов. Поэтому для микросхем характерно значительное уменьшение паразитных распределенных параметров. Однако компоненты в микросхемах располагаются на меньших расстояниях друг от друга. Поэтому возрастает их взаимное влияние. Электрические параметры цепей интегральных схем определяются их геометрическими размерами и конфигурацией, а так же электрическими постоянными применяемых материалов ( ). Для всех элементов и межсоединений, помимо основных параметров, присуща и группа паразитных параметров.

Например, для тонкопленочного резистора эквивалентная схема которого представлена на рисунке 7.16, паразитными параметрами являются последовательная индуктивность (которая возрастает для резисторов сложной формы), шунтирующая емкость и сопротивление контакта.

С_ш

R_к

Рисунок 7.16 – Эквивалентная схема тонкопленочного резистора

Для тонкопленочного конденсатора (рисунок 7.17) следует учитывать потери в обкладках и в диэлектрике:

С_ш

R₀

Рисунок 7.17 – Эквивалентная схема тонкопленочного конденсатора

R₀ - потери в обкладках, R_д - потери в диэлектрике

Для линий соединений паразитными параметрами являются собственная емкость, индуктивность, сопротивление (рисунок 7.18).

Рисунок 7.18 – Эквивалентная схема линии связи

Все паразитные параметры вносят искажение в работу схемы и часто являются причинами паразитных связей.

Конструкции корпусов ИС также часто не соответствуют достижению минимальных паразитных связей. Хотя многие типы корпусов и имеют металлические крышки, но со стороны выхода выводов экранизации нет (выводы проходят сквозь стекло, керамику, пластмассу). Поэтому экранизация внешних и внутренних помех не полная. К тому же часто заземление корпуса отсутствует, а это может привести, как было рассмотрено, к увеличению напряжения наводки. Поэтому в целях обеспечения помехоустойчивости рациональнее применять пластмассовые корпуса. Отдельные ИС, которые могут служить ИН или ПН можно заэкранировать внешними колпачками, соединенными с корпусом. Можно также провести сплошное экранирование и охлаждение целого узла на ПП (рисунок 7.19).

а)

б)

1 – печатная плата; 2 – теплоотводящая шина; 3 – микросхема;4 – экран-теплоотвод; 5 – стенки корпуса.

Рисунок 7.19 – Экранирование микросхемы (а) и узла на ПП (б)

Лишние незадействованные выводы микросхем должны соединятся с корпусом, если только это не влияет на их нормальное функционирование.

С ледует уделять особое внимание и компоновке блоков из отдельных узлов на ПП, так как здесь может оказаться, что при установке плат ИН и ПН будут находиться в непосредсвенной близости друг от друга (рисунок 7.20).

В многослойных печатных платах рационально использовать экранирующие плоскости между отдельными слоями, которые разделяют взаимовлияющие проводники.

Паразитные связи между параллельными проводниками могут быть существенно снижены путем введения между ними заземленных проводников.

Рисунок 7.20

Обеспечение помехоустойчивости аппаратуры, построенной на цифровых ИС. Отличительной особенностью такой аппаратуры является то, что в ней, как правило, отсутствуют собственные источники электромагнитного излучения. Обрабатываемая информация носит дискретный характер. В связи с этим понятие “помеха” для даного класса аппаратуры определяется следующим образом:

Помеха для цифровых устройств – внешнее или внутреннее воздействие, приводящее к искажению дискретной информации во время ее хранения, преобразования, обработки и передачи.

Характер воздействия помех на дискретную информацию:

• задержки передачи импульсов;

• искажения фронтов импульсов;

• искажения формы импульсов;

• искажения уровней (изменение амплитуды импульсов);

• смещения уровней напряжения питания.

Причины:

Задержка передачи импульсов – конечная скорость распространения сигнала в линии связи.

Искажения фронтов – емкостной и индуктивный характер линии связи, внешние наводки.

Искажения формы – реактивный характер электрически коротких линий связи, отражения в электрически длинных линиях связи.

Искажения уровней – затухание сигналов, падение напряжения в цепях питания, наводки в сигнальных проводниках.

Смещения уровней напряжения питания – конечность омического сопротивления шин “питание” и “земля”.

По месту направления помехи могут быть подразделены на помехи в сигнальных линиях связи и на помехи в цепях питания.

Помехи в сигнальных линиях связи, в свою очередь, подразделяются на помехи в электрически коротких и электрически длинных линиях связи.

Видом проявления внутренних помех в электрически коротких линиях связи являются задержки сигналов из-за емкостного и индуктивного характера линии связи. Емкостные и индуктивные наводки между сигнальными проводниками.

Внутренние помехи в электрически длинных линиях связи – задержки передачи сигналов, отражения в линии связи, затухания сигналов, наводки между линиями связи.

Помехи в цепях питания – постоянное смещение уровня шины земля; импульсные, вызываемые динамическими токами потребления ИС; периодическое колебание напряжения питания из-за реактивного характера цепей питания.