Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

ния напряжений на индуктивных и омических сопротивлениях этих шин, которые воздействуют на входы логических элементов. Уровень помех зависит от значений параметров элементов паразитных связей и пропорционален скорости изменения напряжений или токов.

При воздействии помех на входы логических элементов возможно их ложное переключение. Логические элементы характеризуются статической и импульсной (динамической) помехоустойчивостью. Статическая помехоустойчивость определяется по передаточным характеристикам (ipnc. 3.3.3). Длительность статической помехи значительно больше времени переключения логического элемента. Импульсная помехоустойчивость логических элементов определяется не только амплитудой, но и длительностью импульса помехи. На рис. 3.3.3 показаны импульсы отпирающей (положительный) и запирающей (отрицательный) помех. Ложное срабатывание логического элемента происходит только в том случае, если длительность импульса помехи /пзап или потп на определенном пороговом уровне (/пор превысит время, необходимое для полного изменения состояния этого элемента.

Сбои в работе цифровых устройств происходят в основном при ложном срабатывании триггеров. Типичная зависимость между амплитудой Uu и длительностью tu прямоугольного нмиульса, при которых происходит срабатывание триггера, показана на рис. 3.3.4 с учетом технологического разброса, изменения напряжения питания и воздействия внешних дестабилизирующих

, харантериетан . тпупшои тмехе- устойчиВоша


4=fg \Ргг lAJt

Рис. 3.3.4. Определение области динамической (импульсной) помехоустойчивости

Рис. 3.3.5. Емкостные связи в системе пленочных коммутационных проводников

факторов. Импульсная помехоустойчивость определяется по характеристике, соответствующей наихудшему случаю (кривая 1), Максимально возможному уровню помехи, равному логическому перепаду А(/л, соответствует максимально допустимая длительность помехи пдоп. Помехи с амплитудой UnUj, и длительностью п<пдоп не могут вызвать ложного срабатывания триггера.

Емкостные связи, В многослойных коммутационных платах существуют сложные емкостные связи между пленочными коммутационными проводниками. Для системы из п пленочных провод-

<

ников (рис. 3.3.5) соотношения между их зарядами и потенциала ми определяются следующими уравнениями:

Ях = Сп (t/i-O) + ... + Ci, iU,-U) + .. .Q„ (t/i- f/„),

Чч = Ci (lk-li)+...+ Cuu {Uu-0)+.. .C,„ ((/,-(/„). (3.3.2)

In = C„i ((/„-t/i) + ... + C„, ((/„-(/,) + ... + C„„ ((/„-0),

где qu qk, qn\ Uu Uh, Un - заряды и потенциалы проводников, определяемые относительно заземленной поверхности; Сц, Chk, Спп - собственные частичные емкости проводников; Ci2 = C2u Cfe„ = C„fe- взаимные частичные емкости между проводниками.

Собственная частичная емкость k-ro проводника ChkqulUh определяет заряд этого проводника qu при потенциале Uu и одинаковых потенциалах на всех остальных проводниках, равных потенциалу Uh (рис. 3.3.6,а). В таком режиме отсутствуют взаимные потоки электрической индукции между проводниками системы. Собственная частичная емкость проводника не равна его емкости в том случае, когда все остальные проводники удалены в бесконечность.


7Т777

Рис. 3.3.6. Схемы для определения собственных (а) и взаимных (б) частичных

емкостей

Взаимная частичная емкость Ckn = ~qhlUn определяет заряд fe-ro проводника три потенциале Un n-vo проводника и всех остальных заземленных проводниках, включая k-я (рис. 3.3.6,6). Между заземленными проводниками и проводником с потенциалом On существуют взаимные потоки вектора электрической индукции. В системе пленочных проводников, расположенных на достаточно большом расстоянии от заземленных поверхностей, существуют только взаимные частичные емкости.

При известных частичных емкостях по уравнениям системы (3.3.2) может быть определен потенциал Uk на любом k-u изолированном проводнике, если на п-и проводник подан потенциал Un, и соответственно коэффициент емкостной связи между k-u и п-м проводниками

kcUjU, (3.3.3)

характеризующий уровень емкостной связи между этцми проводниками.



Например, коэффициенты емкостной связи между двумя пленочными проводниками определяются следующими выражениями:

ftc,,-j - ---

€21 + 0,2 U2

12 + Сц

На рис. 3.3.7 представлены графики, с помощью которых определяются коэффициенты емкостной связи между одинаковыми пленочными проводниками, расположенными над заземленной металлической поверхностью. В этом случае с,, Диапазон коэффициентов емкостной связи 0,25*.!. 0,6. Обратим внимание на то, что при уменьшении расстояния между проводниками и заземленной металлической поверхностью h увеличива-

Рис. 3.3.7. Графики для определения коэффициентов емкостной связи между пленочными проводниками, расположен- 1,5 ными над заземленной поверхностью без диэлектрического покрытия (а) и с диэлектрическим покрытием (и)



ются собственные частичные емкости проводников и соответственно уменьшается коэффициент емкостной связи. Штриховыми линиями на рис. 3.3.7 показан рост kc при одновременном пропорциональном уменьшении размеров а я Ь. Отсюда видно, что с увеличением плотности пленочного монтажа растет уровень паразитных емкостных связей.

Если пленочные проводники располагаются над незаземлен-ной металлической поверхностью (рис. 3.3.8,а), то емкостная связь между ними увеличивается. Эквивалентная электрическая схема этой системы проводников приведена на рис. 3.3.8,6. Емкостная связь между проводниками 1 п 2 обусловлена как частичной взаимной емкостью С, так и емкостями внутренней звезды С\г, С23, С33. При заземлении проводника 3 дополнительная емкостная связь устраняется.

V777!7777777777777777u777/77777777777777


Рис. 3.3.8. Емкостные связи между пленочными проводниками У и 2, расположенными над незаземленной металлической поверхностью 3

Чтобы уменьшить емкостную связь между пленочными проводниками, может вводиться дополнительный заземленный проводник (рис. 3.3.9). В этом случае часть взаимного потока электрической индукции между проводниками / и 2 замыкается на про-

водник 3. На рис. 3.3.10 показано применение экранирующего металлического слоя для практически полного устранения емкостной связи между коммутационными проводниками, лежащими в различных плоскостях.

Рис. 3.3.9. Способ уменьшения емкостной связи между пленочными проводниками 1,2 с помощью расположенного между ними заземленного проводника 3

/ у/у 1 Х" /у

Рис. 3.3.10. фрагмент конструкции с экранирующим металлическим слоем и его электрическая эквивалентная схема:

/, 2 - пленочные проводники; 3 - экранирующий слой

Рассмотрим методику расчета емкостей между пленочными проводниками. Погонная емкость (пФ/см) определяется по формуле

Ci = 0,0885 еэффСг, (3.3.4)

где еэфф-эффективная диэлектрическая проницаемость среды; Сг -коэффициент, определяемый геометрическими размерами и взаимным расположением проводников. Если проводники расположены в однородной диэлектрической среде или иа поверхности диэлектрика с высоким значением 8д»1, то еэфф»8д. При оценке емкости проводников, расположенных в неоднородной среде со сравнимыми значениями 8д1 и 8д2, принимается значение Вэфф=

«(8д1-1-8д2)/2.

В табл. 3.3.1 представлены выражения для расчета Сг наиболее употребительных конфигураций проводников при 8д»1. Здесь К и К - полные эллип-

Таблица 3.3.1 Формулы для расчета коэффициента Сг

Конфигурация



Формула

Cti = KIK, k = thixbl4d

Сг2 = 2Сг

Сга = 0,5

thn(ai-f26)/4d



тические интегралы модулей k и k= \-k. Емкость между .пересекающимися пленочными проводниками рассчитывается по формуле (1.2.1) для емкости пленочного конденсатора.

Пример. Определить емкость между двумя параллельными пленочными проводниками коммутационной платы (3-й вариант в табл. 3.3.1) при следующих исходных данных: i& = 100 мкм; ai = 200 мкм; i=20 мм; d=\ мм; подложка из керамики с 8д2=10.

1. Определим коэффициент Сг = Сгз = К12К, где К и К -полные эллиптические интегралы модулей k и k=-/l-k:

X, n{ai + 2b) , я 200.1(ЬЗ я 400-10-3

0,5;

k =-[/]- 0,52 = 0,865 ; /С = 1,685 ; К = 2,45*) ;

Сг = 0,5 {К/К) = 0,5 (2,45/1,68) = 0,73.

2. Определим емкость между проводниками, полагая вэффвдг:

С = С1 /= 0,08858эффСг/ = 0,0885-10-0,73.2,0= 1,3 пФ.

Для определения параметров емкостной помехи составляется эквивалентная электрическая схема (рис. 3.3.11,6) соответствующего фрагмента платы (рис. 3.3.11,а). Путем несложных преобразований эта схема приводится к виду, показанному на рис. 3.3.11,в, где .взкв, Снзкв - сопротивление и емкость эквивалентной нагрузки.

®

4й,с

Рис. 3.3.11. Упрощенный фрагмент топологии (а) и его эквивалентные электрические схемы (б, в)

При логическом перепаде в активной линии Д/л а с длительностью амплитуда емкостной помехи в пассивной линии равна

<св t . Г.

nmaxi

Сев + Сн экв / ?

1 - exp I ~ -

(3.3.5)

где т=н аквССн экв-ЬСсв). Полярность емкостной помехи соответствует знаку логического перепада.

Магнитная связь. На рис. 3.3.12,а условно изображено соединение элементов или компонентов ИС с помощью индуктивно-связанных коммутационных проводников. В активной линии связи формируется логический перепад тока Д/а, являющийся источником индуктивной помехи в пассивной линии связи. Связь между направлением изменения тока в активной линии, направлением ЭДС ем и полярностью индуктивных помех иллюстрируется

*) Яике Е. и др. Специальные функции.- М.: Наука, 1977,

эпюрами рис. 3.3.12,6. При определении направления тока в пассивной линии необходимо иметь в виду тот факт, что магнитный поток Фш созданный током пассивной линии /п всегда направлен встречно по отношению к магнитному потоку Фа, обусловленному током активной линии /а.

/Jasuvecwu длемент J

Антивная линия /я

ЛаввиВная линия а)

Нагрузна

Логичеоний элемент 2

ключ Н Зынлючается

Ключ и внлнчаетвя

<0

® 0а

0 G -Направление магнитных лотонои 6)

Рис. 3.3.12. К определению полярности и уровня индуктивной помехи

Наводимая в проводнике ЭДС взаимной индукции определяется по общеизвестному выражению

(3.3.6):

где Л1св - взаимная индуктивность; - длительность фронта токового перепада. Взаимная индуктивность Мсв (мкГн) между параллельными проводниками равной длины рассчитывается по формуле

Л1ев = 2• 10-31{1п\y\{llaf -ЬZ/a] -~Y\{atlf -Ьall), (3.3.7)

где / - длина проводников, см; а-расстояние между осями проводников, см. Для уменьшения магнитной связи увеличивают расстояние между проводниками или располагают их перпендикулярно друг другу.

Из рис. 3.3.12,6 видно, что максимальный уровень индуктивной помехи на входе логического элемента 2, равный ЭДС взаимной индукции едг, будет в том случае, когда входное сопротивление логического элемента 2 значительно больше выходного сопротивления логического элемента 1.

Пример. Оценить уровень индуктивной помехи в БГИС с эмиттерно-связаи-ными логическими элементами (/?bi~1 кОм, ?вы1=»20 Ом) при следующих исходных данных: Д/а=20 мА; /ф = 1 не; 6=0,2 мм; а=0,5 мм; i=25 мм.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47