Применение индивидуальных сглаживающих конденсаторов (ИСК).

ИСК устанавливают между шинами питания и "земля" непосредственно возле точек присоединения электронной схемы к этим шинам. Будучи заряженным до значения источника напряжения, ИСК является как бы индивидуальным источником питания схемы, максимально приближенным к ней физически.

В микроэлектронной аппаратуре используются два вида ИСК, ус­танавливаемые непосредственно у каждой микросхемы и устанавливае­мые на группу микросхем в пределах одной ячейки, модуля, ТЭЗ.

Первый тип ИСК предназначен в основном для "сглаживания" им­пульсных помех в момент переключения микросхемы. В ка­честве таких ИСК используют обычно обладающие малой собственной индуктивностью керамические конденсаторы, например K10-9.

Емкость С_иск ИСК выбирают, исходя из условия равенства заряда, накапливае­мого конденсатором за время переключения микросхемы, заряду, пере­носимому выбросом тока за время переключения элемента. При этом изменение напряжения на конденсаторе не должно превышать некоторо­го заданного значения, равного допустимой помехе по шине питания.

Отсюда

С_иск³ (ΔI_п*t_ф)/2*U_ип; ΔI_п = k I_к

 

где ΔI_п - максимальное значение переменной составляющей тока потребления; U_ип - допустимая импульсная помеха на шине пита­ния (для микросхем серии ТТЛ U_ип=2В), t_ф – длительность фронта импульсного сигнала; k – коэффициент, значение которого зависит от типа микросхемы (например, для ТТЛ-схем k =0,33); I_к – выходной ток короткого замыкания микросхемы.

Второй тип ИСК, устанавливаемый на группу микросхем, предназначен для компенсации бросков тока в системе электропитания. Это обычно электролитические конденсаторы большой емкости, обеспе­чивающие исключение резонансных явлений в цепях питания. Выбор ем­кости ИСК этого типа проводят, используя выражение

 

С_гр³ 4L_пит/R²_пит , (1)

 

где L_пит, R_пит - индуктивность и сопротивление шин питания.

Уменьшение общих участков протекания токов элементов по ши­нам питания. Этот метод заключается в установке дополнительных пе­ремычек в шинах питания и "земля", которые уменьшают длину общих участков протекания токов элементов (рис. 3).

Рис. 3. Схемы уменьшения общих участков протекания токов элементов по шинам питания.

 

Использование металлического листа в качестве "земли";. Этот метод применим для элементов второго уровня конструктивной иерар­хии РЭС (субблоков, блоков, панелей) и заключается в установке в эти конструктивные элементы сравнительно толстого металлического листа, к которому припаивают обратные провода от всех закрепленных ячеек или модулей.

Использование сплошных металлических прокладок в качестве шин питания. Этот метод применим в случае использования многослойных печатных плат для устройств сверхбыстродйствуюших ЭВМ. В таких платах отдельные слои изготовляют с максимально большой площадью металла и применяют их в качестве шин питания (эти слои следует размешать внутри многослойной платы). При использовании сплошных металлических слоев значительно уменьшаются собственное индуктивное сопротивление шин питания, общие участки протекания токов различ­ных элементов и увеличивается взаимная емкость между шинами пита­ния.

Применение экранов в РЭС.

При прохождении мощных сигналов по цепям связи последние ста­новятся источниками электромагнитных полей, которые пересекая дру­гие цепи связи, могут наводить в них дополнительные помехи. Источ­никами электромагнитных помех могут быть также мощные промышленные установки, транспортные коммуникации, двигатели и т.д. Устройства, чувствительные к статическим магнитным полям (например, магнитные элементы с разомкнутым магнитопроводом), могут неустойчиво рабо­тать даже от таких слабых полей, как магнитное поле Земли. Для то­го чтобы локализовать, где это возможно, действие источника полей или сам приемник помех, используют экраны.

По принципу действия различают электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное экранирования.

Электростатическое экранирование. Этот вид экранирования зак­лючается в шунтировании большей части (или всей) паразитной емкости емкостью на корпус.

С этой целью, вводят в конструкцию РЭС специальный заземленный металлический лист. В качестве металлического листа, соединенного с корпусом РЭС, сложат детали шасси, каркасов, обшивки стоек, пане­лей, субблоков, кассет; специальные листовые металлические проклад­ки на монтажной стороне плат, блоков, субблоков; экранные сплошные металлические слои в многослойных печатных платах и т.д.

С целью улучшения экранировки особо чувствительных к помехам цепей (например, для передачи синхроимпульсов) на обеих сторонах печатных плат сигнальные и заземленные экранные проводники череду­ют таким образом, чтобы против сигнальной линии, подходящей с одной стороны платы был заземленный экранный проводник.

При этом каждая сигнальная линия оказывается окру­женной двумя заземленными линиями, в результате чего достигается не только эффективная экранировка сигнальной линии от внешних по­мех, но и для полезного сигнала обеспечивается подобная волноводу цепь от источника до нагрузки.

Магнитостатическое экранирование. Магнитостатические экраны используют для защиты чувствительных цепей, элементов и устройств от постоянного и медленно изменяющегося переменного магнитного по­ля. В этом случае источник или приемник наводки заключают в сплош­ной экран, изготовленный из ферромагнитных материалов. Если в та­кой экран заключен источник наводки, то магнитные силовые линии замыкаются в нем и далее не распространяются. Если в экран заклю­чен приемник наводки, то силовые линии магнитного поля не проника­ют в полость экрана.

Качество экранирования постоянных или медленно изменяющихся магнитных полей зависит от магнитной проницаемости экрана и соп­ротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и чем меньше в нем стыков и швов, идущих поперек направления линий магнитной индукции.

Электромагнитное экранирование. Переменное высокочастотное электромагнитное поле при прохождении через металлический лист либо перпендикулярно, либо под некоторым углом к его плоскости, наводит в этом листе вихревые токи, поле которых ослабляет действие внешнего поля. Металлический лист в данном случае является электромагнитным экраном. Примером электромагнитного экрана слу­жит обшивка стоек блоков РЭС.

Широкое распространение в технике ЭВМ нашли экранированные провода, коаксиальные кабели и " свитые" пары проводников или бифиляры.

Мерой эффективности использования бифиляра будет кратность уменьшения индуктивности.