Проектирование электронных промышленных устройств. Кузнецов Б.Ф. - 42 стр.

42

      Зависимости, описывающие эти паразитные эффекты, достаточно сложны, чтобы их приво-
дить в этом пособии, но их можно найти в литературе, посвященной линиям передачи и полос-
ковым линиям. Сигнальные проводники не должны разводиться параллельно друг другу, исклю-
чая случаи разводки дифференциальных или микрополосковых линий. Зазор между проводниками
должен быть минимум в три раза больше ширины проводников.
      Емкость между трассами в аналоговых схемах может создать затруднения при больших со-
противлениях резисторов (несколько МОм). Относительно большая емкостная связь между инвер-
тирующим и не инвертирующим входами операционного усилителя легко может привести к само-
возбуждению схемы.
      Всякий раз, когда при разводке печатной платы появляется необходимость в создании пере-
ходного отверстия, т.е. межслойного соединения, необходимо помнить, что при этом возникает
также паразитная индуктивность.
      Необходимо иметь в виду, что индуктивность отверстия вместе с такой же паразитной ем-
костью формируют резонансный контур, что может сказаться при работе на высоких частотах.
Собственная индуктивность отверстия достаточно мала, и резонансная частота находится в гига-
герцовом диапазоне, но если сигнал в течение своего пути вынужден проходить через несколько
переходных отверстий, то их индуктивности складываются (последовательное соединение), а ре-
зонансная частота понижается. Вывод: необходимо избегать большого числа переходных отвер-
стий при разводке ответственных высокочастотных проводников аналоговых схем. Другое нега-
тивное явление: при большом количестве переходных отверстий в полигоне земли могут созда-
ваться петлевые участки. Наилучшая аналоговая разводка - все сигнальные проводники располага-
ются на одном слое печатной платы.

                                   5.6. Развязка сигналов

       Как уже отмечалось, помехи могут проникать в аналоговую часть схемы через цепи пита-
ния. Для уменьшения таких помех применяются развязывающие (блокировочные) конденсаторы,
уменьшающие локальный импеданс шин питания. Если необходимо развести печатную плату, на
которой имеются и аналоговая, и цифровая части, то необходимо иметь хотя бы небольшое пред-
ставление об электрических характеристиках логических элементов. Типовой выходной каскад ло-
гического элемента содержит два транзистора, последовательно соединенные между собой, а так-
же между цепями питания и земли. Эти транзисторы в идеальном случае работают строго в проти-
вофазе, т.е. когда один из них открыт, то в этот же момент времени второй закрыт, формируя на
выходе либо сигнал логической единицы, либо логического нуля. В установившемся логическом
состоянии потребляемая мощность логического элемента невелика.
       Ситуация кардинально меняется, когда выходной каскад переключается из одного логиче-
ского состояния в другое. В этом случае в течение короткого промежутка времени оба транзистора
могут быть открыты одновременно, а ток питания выходного каскада сильно увеличивается, по-
скольку уменьшается сопротивление участка пути тока от шина питания до шины земли через два
последовательно соединенных транзистора. Потребляемая мощность скачкообразно возрастает, а
затем также убывает, что приводит к локальному изменению напряжения питания и возникнове-
нию резкого, кратковременного изменения тока. Такие изменения тока приводят к излучению ра-
диочастотной энергии. Даже на сравнительно простой печатной плате может быть десятки или
сотни рассмотренных выходных каскадов логических элементов, поэтому суммарный эффект от
их одновременной работы может быть очень большим.
       Невозможно точно рассчитать диапазон частот, в котором будут находиться эти выбросы
тока, поскольку частота их возникновения зависит от множества причин, в том числе и от задерж-
ки распространения переключений транзисторов логического элемента. Задержка, в свою очередь,
также зависит от множества случайных причин, возникающих в процессе производства. Шум от
переключений имеет широкополосное распределение гармонических составляющих во всем
диапазоне. Для подавления цифрового шума существует несколько способов, применение которых