Помехи при соединении элементов «длинными» связями

Электрически «длинную» линию (ДЛ) при расчетах схем рассматривают как однородную линию с распределенной емкостью С₀ и индуктивностью L₀. Переходные процессы в таких линиях зависят от характера перепада напряжения на входе линии и соотношения волнового сопротивления линии Z₀, выходного сопротивления генератора импульсов и входного сопротивления нагруженного на конец линии элемента.

Из теории «длинных» линий известно, что если линия с волновым сопротивлением Z₀ нагружена на сопротивление то коэффициент отражения, определяемый как отношение изображения (по Лапласу) напряжения отраженной волны к изображению напряжения падающей волны, определяется из соотношения

.

Если то и такую линию называют согласованной, то в ней не происходит отражений от сопротивления нагрузки. Если , то и такую линию называют несогласованной: волна напряжения, достигнув конца линии связи, отражается синфазно или в противофазе . Отраженная от конца линии связи волна напряжения, достигнув ее начала, или затухает, если или вновь отражается, если (рис. 4.26). На рис. 4.27 схематически представлен процесс прохождения волны напряжения в линии, для которой , . Генератор выдает напряжение U(t). На входе линии связи это напряжение преобразуется в соответствии с формулой

.

Рис. 4.26 – Схема «длиной» линии

В свою очередь эта волна напряжения, пройдя по «длинной» линии со скоростью , через время достигнет конца линии и отразится от него с коэффициентом отражения . Отраженная волна через время Т,дойдя до начала линии связи, также отразится от него с коэффициентом отражения .

Процесс поочередного отражения волны напряжения от обоих концов «длинной» линии продолжается до тех пор, пока амплитуда отраженной волны не уменьшится до нуля. Отраженные волны напряжения накладываются на падающие, и в итоге форма входного напряжения может существенно исказиться. Аналогичные явления происходят и для волны тока. Коэффициент отражения волны тока , т. е. , а это означает, что волна тока отражается в противофазе с волной напряжения. Если активно, то значение определяет отношение изображений и оригиналов отраженной и падающей волн напряжения и тока. При этом форма отраженной волны подобна форме падающей, а ее значение и знак определяется .

Рис. 4.27 – Схема отражения в «длиной» линии

Отражения волн напряжения и тока могут быть не только от несогласованных нагрузок на концах «длинной» линии, но и от различных неоднородностей в ней самой. На рис. 4.28 «длинная» линия на участке А имеет волновое сопротивление , а на участке В — волновое сопротивление Волна напряжения (тока), достигнув границы раздела, при дальнейшем продвижении вдоль «длинной» линии изменит свое значение на или ,где

.

Рис. 4.28 – Схема отражения сигнала от несогласованных нагрузок

Это является следствием отражения от границы раздела двух участков линии с различными значениями волнового сопротивления. Для анализа переходных процессов в «длинной» линии необходимо знать ее волновое сопротивление .

Помехи в каналах связи

В микроэлектронных устройствах линии связи чаще всего являются электрически разомкнутыми линиями без потерь. Входное сопротивление таких линий носит емкостной характер, и его можно представить в виде конденсатора , включенного параллельно приемнику сигнала и имеющего входной импеданс (рис. 4.29). В линии связи возникают помехи, источником которых являются тепловые шумы элементов линии, ЭДС гальванических пар и термопар, возникающих в местах контакта разнородных металлов. Напряжение помех такого вида включено последовательно с . Помехи такого вида зависят только от собственных параметров канала связи, поэтому будем называть их внутренними.

Рис. 4.29 – Эквивалентная схема паразитных связей двух каналов связи

При наличии нескольких каналов связи обычно обратный провод делают общим для всех или для нескольких линий связи из соображений экономии проводов или из-за невозможности изолирования общих выводов нескольких источников и приемников сигналов. Этот факт отмечен введением в эквивалентную схему .

Падение напряжения на от токов, протекающих в других каналах связи, является одной из причин проникновения сигнала из канала в канал. Между рядом расположенными линиями связи всегда возникает паразитная связь (емкостная, индуктивная, резистивная или комплексная), обозначенная через . Индексы 12 означают паразитную связь из второго канала в первый. В линейных системах выполняется равенство . При возникновении паразитных связей в нелинейной среде, например на полупроводниковой подложке, это равенство может не выполняться. Помехи, возникающие в канале связи от источников сигнала, находящихся вне данного канала связи, назовем внешними:

· токовые (последовательные) внешние помехи, напряжение которых включено последовательно с ; — напряжение помехи, наводимой из второго канала связи в первый; — напряжение помехи, наводимой из первого канала связи во второй;

· потенциальные (параллельные) внешние помехи и соответственно, напряжение которых включено параллельно соответствующего канала: и . Такое разделение вида помех позволяет получить обобщенные формулы для расчета значения помех на входе приемника сигнала.

Для параллельной внешней помехи

где — изображение напряжения помехи, наводимой из второго канала в первый;

— изображение сигнала второго канала связи;

р - комплексная переменная;

— передаточная функция паразитной связи.

Из рис. 4.29 следует, что

Неравенство на практике всегда выполняется, так как в противном случае нельзя говорить о двух самостоятельных каналах связи. Входное сопротивление соответствующего канала связи для цепи паразитной связи

,

где — импеданс паразитной емкости . Для токовой помехи

,

где — изображение тока во втором канале (канале, создающем помеху).

В соответствии со схемой

(4.8)

Любой канал может быть как источником, так и приемником помех. Если два канала связи имеют взаимную паразитную связь, то и наводки возникают в обоих каналах взаимно. В реальных условиях на каналы связи могут воздействовать не один, а несколько источников помех с различными видами паразитной связи. Так как цепи паразитных связей в большинстве случаев являются линейными, то на основе принципа суперпозиции влияние каждого вида паразитной связи и источника помехи можно рассматривать отдельно. Суммарное значение помехи может быть получено в виде суммы векторов токов или напряжений.