Переходные процессы в цепях питания и межсоединениях. Помехи от обратных токов.

Напряжение статической помехи в ИС не превышает 50-100мВ, поэтому основную проблему составляют кратковременные импульсы помехи, амплитуда которых может значительно превышать величину U_n⁺ или U_n^- . Импульсы помехи по цепям питания подавляют путем установки на каждой печатной плате фильтровых конденсаторов достаточной емкости. Помехи на входах элементов могут быть вызваны переходными процессами внутри самого цифрового устройства или наводками от близко расположенных мощных устройств. Внешние помехи устраняются при помощи экранирования. Внутренние помехи возникают из-за рассогласования и неоднородностей в линиях связи между элементами.

Волновое сопротивление линий связи между ИС составляет 50-120Ом. Разногласия и неоднородности приводят к появлению ложных сигналов, затягиванию фронтов или к перенапряжению в ИС. Основными способами исключения помех являются: уменьшение длины соединительных линий; разработка спец. схем для возбуждения линий связи, согласованных с линией в любом логическом состоянии; использование в качестве нагрузки схем с повышенной статической помехоустойчивостью; улучшение импульсной помехоустойчивости самих элементов. Чем выше быстродействие элемента и чем сильнее влияние нестабильностей питания и технологического сброса параметров компонентов, тем чувствительнее ИС к импульсам помехи. Поэтому следует избегать применение ИС с быстродействием превышающим необходимое.

Переход к цифровым ИС связан со значительным повышением быстродействия и увеличения плотности компоновки элементов. Увеличение плотности привело к значительному уменьшению расстояний между сигнальными проводниками. Среди внутренних помех возрастает роль наводок за счет перекрестных связей между соседними линиями.

В процессе переключения элементов ТТЛ в составе устройства имеют место значительные перепады токов по шинам «земля» и «питания». Это приводит к возникновению на индуктивностях шин импульсов помех.

Термин «помеха от обратных токов» означает, что направление протекания токов по одной из шин всегда противоположно направлению тока в сигнальной линии между элементами источника и нагрузки. Особую опасность представляют помехи, генерируемые в шинах при протекании по ним сквозных токов, соответственно велики и амплитуды помех. Поэтому, не смотря на малую длительность (6 нс), они могут вызвать ложные переключения триггерных схем. Также сквозные токи приводят к увеличению длительности суммарной помехи по шине питания. Пусть элемент-источник 1максимально нагружен и переключается из состояния 1 в состояние 0. Тогда в течение 10нс ток через индуктивность (L_ш) общей шины должен увеличиться на 16мА. Также нужно учесть ток разряда паразитной емкости С_Н. Изменение обратного тока будет считаться линейным.

Помеха от обратных токов по шине питания возникает, если элемент 1 переключается из состояния 0 в состояние 1. Здесь нужно учитывать зарядный ток конденсатора С_Н и деформацию АПХ элемента 3 при уменьшении Е_n. Если этот элемент находится в состоянии 1, то на его выходе генерируется отрицательный импульс помехи. Влияние наведенной помехи по шине питания эквивалентно действию на входе элемента3 положительной помехи. Протекание импульсов сквозного тока дает интегрированный эффект.

Основной мерой борьбы с помехами является уменьшение собственной индуктивности шин земли и питания. Наилучшим решением является использование четырехслойных плат, когда под шины отводятся два отдельных металлизированных слоя. В двусторонних платах шины следует делать более широкими, а между шинами вблизи элементов устанавливать конденсаторов высокочастотной развязки для устранения сквозных токов. При достаточной емкости этих конденсаторов протекание через сквозные токи не вызывает заметных изменений питания и потенциала земли для элемента 3. Конденсаторы д/б безындукционными, а длины их выводов – минимальными.