Реферат: Шумы - электроника

Содержание.

-Введение

-Шумы усилителей

происхождение и видышумов

-Помехи: экранированиеи заземление

1.Помехи

2.Сигнальноезаземление

3.Межприборноезаземление

-Методы суженияполосы пропускания

-Классификация помехв устройствах ЭВМ

1.Линии связи

2.Виды помех

-Помехи в цепяхпитания и меры по их уменьшению

1.Проявление помех в цепях питания

2.Статические помехи

3.Импульсные помехи

-Обеспечениепомехозащищенности аппаратурных средств вычислительной техники

уменьшение помех в аппаратуре, собраннойна интегральных

микросхемах

-Заключение

-Литература.

Введение.

Почти в любой области измерений значение предельноразличимого слабого сигнала определяется шумом-мешающим сигналом, которыйзабивает полезный сигнал.Даже если измеряемая величина и не мала, шум снижаетточность измерения.Некоторые виды шума неустранимы принципиально

(например, флуктуации измеряемой величины), и с ними надобороться только методами усреднениясигнала и сужения полосы[1]

.Другиевиды шума(например, помехи на радиочастоте и “петли заземления”)можно уменьшитьили исключить с помощью разных приемов, включая фильтрацию, а также тщательноепродумывание расположения проводов и элементов схем.И, наконец, существуетшум, возникающий в процессе усиления, и его можно уменьшить применением малошумящихусилителей.

Мы начнем с разговораоб источниках происхождения и характеристиках различных видов шумов, от которыхстрадают электронные схемы.После краткого рассмотрения шумов дифференциальногоусилителя и усилителя с обратной связью перейдем к вопросам надлежащегозаземления и экранирования, а также исключению помех и наводок.Для примероввыбран усилитель, т.к.он один из основных элементов, часто входящих в различные устройства.

Кроме того, в даннойработе приведена классификация помех в устройствах ЭВМ, а в качестве конкретныхпримеров рассмотрены помехи в цепях питания и меры по их уменьшению, а такжерекомендации по обеспечению помехозащищенности аппаратурных средстввычислительной техники.

Шумы усилителей.

1.Происхождение ивиды шумов.

Термин “шум” применяется ко всему, чтомаскирует полезный сигнал, поэтому шумом может оказаться какой-нибудь другойсигнал(“помеха”); но чаще всего этот термин означает “случайный” шумфизической(чаще всего тепловой)природы.Шум характеризуется своим частотным спектром, распределениемамплитуды и источником(происхождением).Рассмотрим основные виды шумов.

“Джонсоновский шум”.Любойрезистор на плате генерирует на своих выводах некоторое напряжениешума, известное как “шум Джонсона”(тепловой шум).У него горизонтальный частотныйспектр, т.е. одинаковая мощность шума на всех частотах(до некоторогопредела).Шум с горизонтальным спектром называют “белым шумом”.Реальноенапряжение шума в незамкнутой цепи, порожленное сопротивлением R, находящимсяпри температуре T, выражается формулой

T-абсолютная температура в Кельвинах,

B-полоса частот в герцах.

Таким образом Uш.эфф. это то, что получится на входе совершенно бесшумногофильтра с полосой пропускания B, если подать на его вход напряжение, порожденноерезистором при температуре T

При комнатной температуре(293 К)

<img src="/cache/referats/314/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">×

Ом),

<img src="/cache/referats/314/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> В/Гц<img src="/cache/referats/314/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">×

Шум Джонсонаустанавливает нижнюю границу напряжения шумов любого детектора, источникасигнала или усилителя, имеющего резистивные элементы.Активная составляющаяполного сопротивления источника порождает шум Джонсона; так же действуютрезисторы цепей смещения и нагрузки усилителя.

Дробовой шум.Электрическийток представляет собой движение дискретных зарядов, а не плавно непрерывноетечение. Конечность(квантованность)заряда приводит к статическим флуктуациямтока.Если заряды действуют независимо друг от друга, то флуктуирующий токопределяется формулой:

Iш.эфф.=Iш.R=Ö

2qIпостB, где

q-заряд электрона(<img src="/cache/referats/314/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1033">

Iпост-постояннаясоставляющая(“установившееся“ значение тока), а B-ширина полосы частот измерения.

Приведенная формула выведена в предположении, что создающиеток носители заряда действуют независимо друг от друга.

Это справедливо, когда заряды преодолевают некоторыйбарьер, как, например, в случае тока через диодный переход, где заряды перемещаютсяза счет диффузии, однако это не так, когда мы имеем дело с металлическимипроводниками, где между носителями заряда существует тесная корреляция.Такимобразом, ток в простой резистивной схеме имеет намного меньшую шумовуюсоставляющую, чем это показывает формула для дробового шума.

Шум 1/f(фликкер-шум).Дробовой и тепловой шумы-неуменьшаемые виды шума, возникающиев соответствии с законами физики. Самый дорогой и тщательно изготовленныйрезистор имеет тот же тепловой шум, что и дешевый углеродный резистор с тем жесопротивлением.Реальные устройства, кроме того, имеют различные источники“избыточных шумов”.Реальные резисторы подвержены флуктуациямсопротивления, которые порождают дополнительное напряжение шума, пропорциональноепротекающему через резистор постоянному току.Этот шум зависит от многихфакторов, связанных с конструкцией конкретного резистора, включая резистивныйматериал и особенно концевые соединения.

Этот шум имеетспектр, примерно описываемый зависимостью 1/f(постоянная мощность на декадучастоты) и иногда называется “розовым шумом”.

Помехи: экранирование и заземление.

1.Помехи.Как ужеговорилось, одной из форм шумов являются мешающие сигналы или паразитныенаводки.Шум в виде сигналов, приходящих по связям с источником питания и путямзаземления, на практике может иметь более важное значение, чем рассматриваемыйранее внутренний шум.Например, наводка от сети 50Гц имеет спектр в виде пика(илиряда пиков)и относительно постоянную амплитуду, а шум зажигания автомобиля, шумгрозовых разрядов и другие шумы импульсных источников имеют широкий спектр ивсплески амплитуды.Другим источником помех являются радио- и телепередающиестанции, окружающее электрооборудование и т.п.Иногда от многих из этих источниковшума можно отделаться путем тщательного экранирования и фильтрации.

Сигнал помехи можетпопасть в электронный прибор по входам линий питания или по линиям ввода ивывода сигнала.Помехи могут попасть в схему и через емкостную связь спроводами(электростатическая связь-наиболее серьезный эффект для точек схемы сбольшим полным сопротивлением)или через магнитную связь с замкнутыми контурамивнутри схемы(независимо от уровня полного сопротивления), или электромагнитнуюсвязь с проводами, работающими как небольшие антенны для электромагнитныхволн.Любой из этих механизмов может передавать сигнал из одной части схемы вдругую.И наконец, токи сигнадла в одной части могут влиять на другую часть схемы при падении напряжения на путяхзаземления и линиях питания.

Исключение помех.Длярешения этих часто встречающихся вопросов борьбы с помехами придумано многоэффективных приемов, но все они направлены на уменьшение сигнала(илисигналов)помехи, редко когда помеха уничтожается совсем.Поэтому имеет смыслповысить уровень сигнала просто для увеличения отношения сигнал/шум.Большоезначение также имеют и внешние условия: прибор, безукоризнено работающий настенде, может работать с огромными помехами в месте, для него непредназначенном.Перечислим некоторые внешние условия, которых следует избегать:

-соседство радио- ителестанций(РЧ-помехи),

— соседство линийметро(импульсные помехи и “мусор” в

линии питания),

-близостьвысоковольтных линий(радиопомехи, шипение),

-близость лифтов иэлектромоторов(всплески в линии

питания),

-здания срегуляторами освещения и отопления(всплески в

линии питания),

-близостьоборудования с большими трансформаторами

магнитные наводки),

-особенно близостьэлектросварочных аппаратов(наводки всех

видов неимовернойсилы).

Рассмотрим наиболее общие приемы при борьбе с помехами.

Сигналы, связанныечерез входы, выходы и линии питания.В борьбе с шумами, идущими по линиипитания, лучше всего комбинировать линейные РЧ-фильтры и подавители переходныхпроцессов в линии переменного тока.Этим способом можно добиться ослаблени помехна 60 дБ при частотах до нескольких сот килогерц, а также эффективногоподавления повреждающих всплесков.

С входами и выходамидело сложнее из-за уровней полного сопротивления и из-за того, что надообеспечить пррохождение полезных сигналов, которые могут иметь тот же частотныйдиапазон, что и помехи.В устройствах типа усилителей звуковых частот можноиспользовать фильтры нижних частот на входе и на выходе(многие помехи от близлежащих радиостанций попадают всхему через провода громкоговорителя, выполняющего роль антенн).В другихситуациях необходимы, как правило, экраниррованные провода.Провода с сигналаминизкого уровня, в частности при высоком уровне полного сопротивления, всегданужно экранировать.То же относится к внешнему корпусу прибора.

Емкостная связь.Внутри прибора сигналымогут прекрасно проходить всюду путем электростатической связи: в какой-нибудьточке в приборе происходит скачок сигнала 10В и на расположенном рядом входе сбольшим полным сопротивлением произойдет тот же скачок.Что тут можно сделать? Лучшевсего уменьшить емкость между этими точками(разнеся их), добавитьэкран(цельнометаллический футляр или даже металлическая экранирующая оплеткаисключает этот вид связи), придвинуть провода вплотную к плате заземления(которая“глотает” электростатические пограничные поля, очень сильно ослабляясвязь)и, если возможно, снизить полное сопротивление насколько удастся.

Магнитная связь.К сожалению, низкочастотные магнитные поля неослабляются существенно металлической экранировкой.Лучший способ борьбы с этимявлением-следить, чтобы каждый замкнутый контур внутри схемы имел минимальнуюплощадь, и стараться, чтобы схема не имела проводов в виде петли.Эффективны вборьбе с магнитной наводкой витые пары, т.к. площадь каждого витка мала, асигналы, наведенные в следующих друг за другом витках, компенсируются.

При работе ссигналами очень низкого уровня, или устройствами, очень чувствительными кмагнитным наводкам(головки магнитофонов, катушки индуктивности, проволочныесопротивления), может оказаться желательным магнитное экранирование.Если внешнеемагнитное поле велико, то лучше применять экран из материала с высокоймагнитной проницаемостью(например, из обычного железа) для того, чтобыпредотвратить магнитное насыщение внутреннего экрана. Наиболее простым решениемявляется удаление мешающего источника магнитного поля.

Радиочастотные помехи.Наводки радиочастоты могут быть оченьковарными, т.к. не внушающая подозрений часть схемы может работать какэффективный резонансный контур с огромным резонансным пиком.Кроме общегоэкранирования, желательно все провода делать как можно короче и избегать образованияпетель, в которых может возникнуть резонанс.Классической ситуацией паразитногоприема высоких частот является пара шунтирующих конденсаторов[2]

, чточасто рекомендуется для улучшения шунтирования питания.Такая пара образуетотличный паразитный настроенный контур где-то в области от ВЧ до СВЧ (отдесятков до сотен мегагерц), самовозбуждающийся при наличии усиления.

2.Сигнальноезаземление.Провода заземления и заземленные экраны могут доставить многонеприятностей.Сущность проблемы такова: ток, протекая по линии заземления, можетвозбудить сигнал, который воспринимает другая часть схемы, сидящая на том жепроводе заземления.Часто используют решение в лоб:

все линии заземления сходятся в одной точке[3]

, ноэто не всегда самое верное решение.

Обычные ошибки заземления.Общая ситуацияпредставлена на рис.1.В одном приборе находятся усилитель низкого уровня имощный усилитель с большим потребляемым током.Первая схема сделанаправильно: оба усилителя присоединены непосредствено к измерительным выводамстабилизатора напряжения питания, поэтому падение напряжения IR напроводах, идущих к мощному каскаду, не оказывает влияние на напряжения питанияусилителя низкого уровня.К тому же ток нагрузки, проходя на землю, не появляетсяна входе низкого уровня; вообще, никакой ток не идет по проводу заземления входаусилителя низкого уровня к схемной “Мекке”.

Во-второй схемеимеются две грубые ошибки.Флуктуации напряжения питания, поожденные токаминагрузки каскада высокого уровня, отражаются на напряжении питания каскаданизкого уровня.Если входной каскад имеет недостаточно высокий коэффициентослабления флуктуаций питания, то это может привести к возникновениюавтоколебаний.Далее, ток нагрузки, возвращаясь к источнику питания, вызываетфлуктуации потенциала на “земле” корпуса по отношению к заземлению источникапитания.Входной каскад оказывается привязанным к этой “переменной земле”, аэто, очевидно, плохо.Т.е. надо следить, где протекают большие токи сигнала исмотреть, чтобы они не влияли на вход.В некоторых случаях разумно отделитьисточник питания от каскада низкого уровня небольшой RC-цепью(рис.2).

3.Межприборноезаземление.Идея главной точки заземления внутри одного приборра хороша, но негодится, если сигнал идет из одного прибора в другой и у каждого своепредставление о “земле”.В таких случаях можно использовать одно из следующихпредложений.

Сигналы выского уровня.Если сигналы имеютнапряжение несколько вольт или это логические сигналы, то можно просто соединитьто, что нужно, и зыбыть об этом.(рис.3).Источник напряжения(обозначен между 2мязаземлениями)представляет собой разность потенциалов между 2мя выводами линийпитания в одной и той же или в разных комнатах здания.Эта разность потенциаловсостоит частично из напряжения, наведенного от сети, гармоник частотысети, радиочастотных сигналов[4]

, разныхвсплесков и прочего “мусора”.Если наши сигналы достаточно велики, то все это, вобщем-то, не важно.

Малые сигналы и длинные линии.Для малыхсигналов такая ситуация нетерпима.Несколько идей для этой цели содержитрис.4.На первой схеме коаксиальный экранированный кабель присоединен к корпусуи схемному заземлению источника сигнала, но изолирован от корпусаприемника.Благодаря дифференциальному усилителю для буферизации входногосигнала подавляется синфазный сигнал в цепи заземления, выделяющийся наэкране.Также полезно подключить резистор с малым сопротивлением и шунтирующийконденсатор на землю для ограничения сдвига “напряжения заземления” и предупрежденийвходного каскада.Еще одна схема демонстрирует использование“псевдодифференциального” входного включения для усилительного каскада с однимвыходом[5]

.Сопротивление10 Ом включенного между общей точкой усилителя и схемной землей резисторадостаточно велико(во много раз больше полного сопротивления заземленияисточника), так что потенцал в этой точке задает опорная земля источникасигнала.Разумеется, любой шум, присутствующий в этом узле схемы, появится такжена выходе, однако это становится неважным, если каскад имеет достаточно высокийкоэффициент усиления Ku, посколькуотношение полезного сигнала к шумам заземления увеличивается в Ku раз.Такимобразом, хотя данная схема не является подлинно дифференциальной(КОСС® ¥), темне менее работает она достаточно хорошо(с эффективным КОСС=Ku).Такой приемпсевдодифференциального включения с отслеживанием потенциала земли можноиспользовать также для сигналов низкого уровня внутри самого прибора, когда возникают проблемы с шумами заземления.

Во-второй схемеиспользуется экранированная витая пара, экран которой присоединен к корпусу наобоих концах.Это не опасно, т.к. по экрану сигнал не идет.Дифференциальныйусилитель используется, как и раньше, на приемном конце.Если передаетсялогический сигнал, то имеет смысл передавать дифференциальный сигнал(сигнал иего инверсию), как показано на рисунке.<img src="/cache/referats/314/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

На радиочастотахподходящий способ подавления синфазного сигнала на приемном конце даеттрансформаторная связь; она также облегчает получение дифференциальногобиполярного сигнала на передающем конце.Трансформаторы также популярны взвуковой аппаратуре, хотя они громоздки и ведут к некоторому искажению сигнала.

Для очень длинныхкабельных линий(измеряемых километрами) полезно принять меры против большихтоков в экранах на радиочастотах.Способ достижения этого показан на рис.5.Какбыло показано выше, дифференциальный усилитель работает с витой парой и на негоне влияет напряжение экрана.Путем связи экрана через небольшую катушкуиндуктивности с корпусом удается сохранить малое напряжение постоянного тока, абольшие радиочастотные токи исключить.На.той схеме также показана защита отвыхода синфазного напряжения за пределы <img src="/cache/referats/314/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

Хорошая схема защитымногопроводного кабеля, в котором требуется исключить синфазные наводки, показанана рис.6.Так как у всех сигналов наводка одна и та же, то единственныйпровод, подключенный к земле на передающем конце, служит для компенсациисинфазных сигналов во всех n проводах сигнала. Просто этот сигнал считываетсяпо отношению к земле на приемном конце и используется как опорный входнойсигнал для всех n дифференциальных усилителей, работающих с остальнымисигналами.

Приведенные схемыхорошо подавляют синфазные помехи на низких и средних частотах, но противРЧ-помех они могут оказаться неэффективными из-за низкого КОСС в приемномдифференциальном усилителе.

Плавающий источник сигнала.Та же несогласованность напряженийзаземления в разных местах проявляется еще более серьезно на входах низкогоуровня, поскольку там сигналы очень малы[6]

.Еслизаземлить экран на обоих концах, то разность напряжений заземления появится вкачестве сигнала на входе усилителя.Лучше всего отделить экран от заземления в источнике(рис.7).

Изолирующиеусилители.Другим решением связанных с заземлением проблем являетсяиспользование “изолирующего усилителя”.Изолирующие усилители-готовыеустройства, предназначенные для передачи аналогового сигнала(с полосойчастот, начинающейся от постоянного тока)от схемы с одним опорным уровнемзаземления к другой схеме, имеющей совершенно другую землю(рис.8).На практике внекоторых экзотических ситуациях потенциалы этих “земель” могут отличаться намного киловольт.Применение изолирующих усилителей обязательно в медицинскойэлектронике-там, где электроды прикладываются к телу человека, с тем, чтобыполностью изолировать такие контакты от измерительных схем, питающихсянепосредственно от сети переменного тока.

Защита сигнала.Это также способ уменьшения эффектов входной емкости и утечек при малых сигналах ибольшом полном сопротивлении.Если мы работаем с сигналами от микроэлектродовили емкостных датчиков с внутренним полным сопротивлением в сотни мегаом, тодаже входная емкость в несколько пикпфарад может в этом случае совместно с этимсопротивлением обрразовать фильтр нижних частот со спадом, начинающимся снескольких герц.К тому же конечное значение сопротивления изоляции всоединительном кабеле легко может на порядки ухудшить рабочие параметрыусилителя со сверхнизким током входного сигнала(ток смещения меньше пикоампера)за счет утечек.Обе эти проблемы решаются путем использования защитного электрода(рис.9).

Внутренний экрансоединен с повторителем; это эффективно исключает токи и резистивных, и емкостныхутечек за счет нулевой разности потенциалов между сигнальным прроводом и егоокружением.Внешний заземленный экран предохраняет от помех защитный электрод; недоставляет хлопот работа повторителя на емкость и утечку между экранами, т.к. уповторителя малое полное выходное сопротивление.

Этот прием не следуетприменять чаще, чем это необходимо; имеет смысл ставить повторитель как можноближе к источнику сигнала, защищая лишь небольшой отрезок кабеля, соединяющийсигнал после повторителя с его низким полным выходным сопротивлением котдаленному усилителю можно и по обычному экранированному кабелю.

Методысужения полосы пропускания.

<img src="/cache/referats/314/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> Эти меры принимаютсядля улучшения отношения сигнал/шум. Мы сужаем ширину полосы пропускания исохраняем тем самым нужный сигнал, сократив одновременно общее количествопринимаемых шумовых сигналов.

Известно несколькометодов сужения полосы пропускания, получивших широкое распространение напрактике:

-усреднение сигнала,

-переходное усреднение,

-метод интегрирования,

-многоканальное уплотнение,

-амплитудный анализ импульсов,

-детектирование с захватом,

-фазовое детектирование.

Все эти методы предполагают, что сигнал являетсяпериодическим[7]

Мы не будем рассматривать эти методы.

Классификация помех в устройствах ЭВМ.

Борьба с помехами приобретае все большую актуальность помногим причинам, вот некоторые из них:

-рост доли задержексигналов в линиях связи по сравнению с задержками собственно логическихэлементов, обусловливаемых конечностью скорости распространения сигналов влиниях связи и переходными поцессами в них,

— возрастающая зависимостьбыстродействия ЭВМ, правильности ее функционирования от оптимальности выбораконструктивного исполнения линий связи и принятия соответствующихсхемотехнических мер,

-возрастаниевзаимного влияния между элементами и линиями связи из-за увеличения плотностиразмещения элементов компонентов.

1.Линии связи.Линиисвязи(ЛС) заметно влияют на процессы передачи информации.Влияние ЛСопределяется ее типом.В зависимости от соотношения длительности фронтапередаваемого сигнала и времени распространения его по ЛС последниеподразделяют в случае анализа помех на электрическикороткие и электрически длинные линии.

Линия связи считается электрически короткой линией, если <img src="/cache/referats/314/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1037">

где <img src="/cache/referats/314/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><img src="/cache/referats/314/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1039">

соответственно;

l-длина линиисвязи;

vp-скоростьраспространения сигнала в линии связи.

На практике принимают

где e

-диэлектрическаяпостоянная среды;

С0=300000 км/с.

Линия связи считается электрическидлинной линией, если

Уточним понятиепомехи для вычислительного устройства: это внешнее или внутреннеевоздействие, приводящее к искажению дискретной информации во время еехранения, преобразования, обработки и передачи.

2. По характерувоздействия на дискретную информацию помехи в устройствах ЭВМ, выполняемых наИС, проявляются как задержки передачи импульсов, искажения фронтовимпульсов, искажения уровней передаваемыхпотенциалов, уменьшение амплитуд передаваемых импульсов, постоянные смещенияуровней напряжения питания.

3.По источникусоздания помех их целесообразно разделять на помехи внешние, какправили, наводки, создаваемые внешними по отношению к рассматриваемому устройствуаппаратами, устройствами, условиями эксплуатации, и помехи внутренние,обусловливаемые конкретным выполнением линий связи в рассматриваемомустройстве.

4.По месту проявления помехи могут быть подразделены напомехи в сигнальных линиях связи и в цепях питания.Видом проявления внутреннихпомех в электрически коротких ЛС являются задержки сигналов из-за емкостногоили индуктивного характера линии связи, емкостные и индуктивные взаимные наводкимежду сигнальными проводниками, а внутренних помех в электрически длинныхЛС-задержки передачи сигналов, искажения формы передаваемых сигналов из-заотражений, взаимные наводки между линиями связи, затухания сигналов.

Помехи в цепях питания и меры по их уменьшению.

1.К проявлениям помехв цепях питания относят: постоянные смещения уровня шины “земля”, обусловливаемыеее активным сопротивлением; импульсные ЭДС, вызываемые динамическими токамипотребления ИС в индуктивности шин “земля” и “питание”, динамическими токамиперезаряда “паразитных” емкостей линий связи; периодические колебания напряженияпитания, вызываемые реактивным характером цепей питания.

2.Статические помехив цепях питания.Помехи в цепях питания возможны из-за падения напряжения наактивном сопротивлении шин “земля” и “питание” при протекании по ним постоянныхтоков; возникновения ЭДС самоиндукции в цепи шин питания прри протекании по нимимпульсных токов;”медленных” колебательных процессов в шинах питания при“бросках” тока нагрузки.

Чтобы свести кминимуму “постоянную” помеху, необходимо выбрать такую конструкцию шин“земля”, при которой падение на ней напряжения от постоянного тока было быменьше наперед заданного допустимого значения Uпом.доп., рассчитываемого из условияобеспечения помехозащищенности устройства.

Рассмотримслучай, когда n одинаковых логических элементов имеют одну общую шину “земля”, присоединеннуюк нулевой точке на одном конце шины(рис.10).Очевидно, что в наихудшем режиме сточки зрения помехозащищенности работает n-й элемент, поскольку его реальнаястатическая помехозащищенность уменьшается по сравнению сноминальной(паспортной) на значение падения напряжения на шине “земля” в точкеего присоединения и для n-го элемента это падение напряжения составляет максимальное значение U=пом.

Величина U=пом. приближеннорассчитывается по схеме рис.10б.

Обозначая через D

Rш сопротивление участкаобщей шины “земля” между 2мя расположенными рядом микросхемами, а через Iип- ток потребленияодной микросхемы, можно записать:

U=пом.=D

RшnIип +DRш(n-1)Iип +...+DRшIип=DRшIип(1+2+...+(n-1)+n)=

=D

RшIип(n+1)2.

Задаваясь из условияобеспечения помехозащищенности устройства допустимым падением напряжения нашине “земля” Uпом.доп., нетрудновычислить допустимое сопротивление участка шины “земля” D

Rшдоп. и сформулировать требования к конструкциишины “земля”:

D

Rшдоп.Iип<img src="/cache/referats/314/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1042">пом.доп.или DRшдоп.£ 2Uпом.доп/(Iип(n+1)n).

Конструктивными мерами по уменьшению постоянных помехследует считать:

-увеличение сечения шины “земля”;

— увеличение числа заземляющих точек, что уменьшаетдлину общихучастков протекания тока элементов(рис.11);

-применение заземленных медных листов, к которым припаиваютсявсе обратные провода ячеек или модулей;

-применение навесных шин питания;

-использование для подвода питания отдельных слоевмногослойной печатной платы.

3.Импульсные помехи вцепях питания.Они обусловливаются главным образом кратковременнымивозрастаниями (“бросками”) токов потребления интегральных микросхем припереключении последних из одного логического состояния в другоеи, во-вторых, динамическими токами перезаряда паразитных емкостей сигнальныхлиний связи (собственных емкостей сигнальных проводников относительно шины“земля”).Эти относительно большие по значению и короткие по длительности токи[8]

, протекаяпо шине “земля” цепи питания, вызывают на индуктивности общих шин “земля”импульсные падения напряжения.Последние, приложенные ко входу микросхем,действуют как импульсные помехи.Рассмотрим механизм возникновения импульсныхпомех для обоих случаев.

Для изучения причинвозникновения импульсных помех из-за бросков тока потребления ИС рассмотримтакую конструкцию шин питания, когда n одинаковых элементов подключены к шинам“питание” и “земля” через некоторое равное расстояние, причем n-1 любыхэлементов одновременно переключается из одного устойчивого состояния в другое, ана вход одного, например

n-го, элемента(рис.12а) подключен сигнал логического нуля U<img src="/cache/referats/314/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1043">вх.

Перейдем к расчетной эквивалентнойсхеме(рис.12б):

D

Lш-индуктивностьучастка шины “земля” между 2мя

расположенными рядом микросхемами,

iип-переменнаясоставляющая тока потребления,

Активнымсопротивлением шин “земля” пренебрегаем.

В общем случае токпотребления микросхемы резко возрастает в моменты еепереключения(рис.12в).Идеализируя форму переменной составляющей тока потребления(рис.12г), легкорассчитать ЭДС самоиндукции eпом, возникающую в шине “земля” (ШЗ)при изменении токапотребления:

eпом=<img src="/cache/referats/314/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1044">помi(t)=eпом1+eпом2+...+eпом(n-1),

где eпомi — ЭДС помехи, возникающей на участкеШЗ, соединяющей i-ю микросхему с (i-1)й микросхемой.

Приближенно |

eпом1|= 2DLш<img src="/cache/referats/314/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1045">DIип,

|

eпом2|= 2DLш<img src="/cache/referats/314/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1046">DIип,

..................

|

eпом(n-1|= 2DLш<img src="/cache/referats/314/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1047">DIип, гдеt-время переключения.

С учетом этого имеем:

eпом=2D

Lш DIип[(n-1)+(n-2)+...+2+1]/t=2DLш DIип×n(n-1)/t.

Задаваясь допустимым значением импульсной помехи на входеэлемента из-за помех по цепи питания eпом.доп, нетрудно

рассчитать допустимое значениеиндуктивности шины питания ШП, следовательно, сформулировать конструктивныетребования к цепям питания:

D

Lш.доп £ eпом.доп t/DIип×n(n-1).

Уменьшение импульсной помехи вцепях питания достигается либо выбором элементов с малыми бросками токов припереключении, либо при заданной системе элементов путем уменьшения индуктивностиобщей шины питания, что, в свою очередь, может быть достигнуто:

-увеличением числа заземляющихточек,

-применением заземленных медныхлистов,

-использован

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Теория Попова

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Емкостные преобразователи

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Лазеры на гетеропереходах полупроводниковые лазеры

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Вакуумные люминесцентные индикаторы

29 Августа 2013