Шини даних

Поміжплатні з'єднання

У випадку логічних сигналів, переданих між платами, можливостей для появи перешкод стає усе більше. Зростає ємність провідників, ланцюг землі стає довше, оскільки тепер вона проходить по кабелях, рознімних з'єднувачах, платних розширниках і т.п. Тому викиди по землі, що виникають за рахунок струмів під час логічних переходів, як правило, більше й викликають більше занепокоєнь. Найкраще намагатися уникати передачі між платами тактуючих сигналів з більшим коефіцієнтом розгалуження, якщо це можливо; а проводи заземлення до окремих плат зробити досить потужними. Якщо тактуючі сигнали все-таки передаються між платами, то доцільно використовувати на кожній платі вентиль як вхідний буфер. У крайньому випадку може знадобитися ІС лінійного формувача й приймача. У кожному разі критичні схеми краще розташовувати на одній платі: у вас з'являється можливість контролювати індуктивність ланцюга землі й звести до мінімуму ємність монтажу. Проблеми, з якими - ви зштовхнетеся при пересиланні швидких сигналів через кілька плат, важко навіть оцінити; вони можуть обернутися справжнім нещастям для всього проекту.

Коли велике число підсхем поєднуються в шину даних, згадані проблеми стають ще більш гострими. Більше того, з'являються нові моменти-ефекти довгих ліній, обумовлені довжиною й індуктивністю самих сигнальних ліній. Для найшвидших ЕСЛ ІС із фронтом менш 1 нс ці ефекти стають настільки важливими, що всі сигнальні ланцюги довжиною більш 1 дюйма (25,4 мм) варто розглядати як лінії передачі й відповідним чином їх погоджувати.

Для шин даних будь-якої істотної довжини (1 фут (30,48 см) і більше) найкращим підходом, очевидно, є застосування об'єднавчої плати з «земляною площиною». Об'єднавча плата являє собою просту друковану плату, що містить ряд рознімних з'єднувачів під друкований монтаж для підключення окремих схемних плат, що становлять всю логічну схему. Об'єднавчі плати - це ощадливе рішення проблеми об'єднання плат, а якщо вони виконані відповідним чином, те й рішення електричних проблем. Провідники, розташовані поблизу землі, мають меншу індуктивність і менш схильні до утворення ємнісного зв'язку із прилеглими сигнальними лініями, тому для створення простої об'єднавчої плати всі сигнальні лінії варто розташувати на одній стороні, а іншу сторону відвести під ґрунтовну земляну площину (двосторонні друковані плати мають широке поширення, але для складних схем всі частіше починають застосовувати багатошарові друковані плати).

Останнє зауваження на цю тему. Коли ефекти довгої лінії типу «дзенькотів» і викидів по землі сильно вас допечуть, ви, можливо, у розпачі вдастеся до розповсюдженого прийому: підключити конденсатор прямо до вентиля, керованому довгою лінією. Ми самі робили це неодноразово, проте ми не рекомендуємо прибігати до цього прийому, оскільки він тільки ускладнює проблему більших струмів по землі під час логічних переходів.

Кінцеве навантаження шин. Сигнальні лінії шин великої довжини прийнято навантажувати на самому далекому кінці резисторами, підключеними до живлення або до землі. Довгі пари проводів або коаксіальні кабелі мають «характеристичний імпеданс» Z₀. Сигнал, що розповсюджується по кабелю, що навантажений цим імпедансом (до речі, завжди резістивний), повністю поглинається без усяких відбиттів. Будь-яка інша величина навантаження, у тому числі й холостий хід, викликає відбиті хвилі, амплітуда й фаза яких залежить від неузгодженості імпедансів. Ширина друкованих провідників і відстань між ними такі, що характеристичний імпеданс ліній зв'язку на друкованій платі становить приблизно 100 Ом, що майже відповідає характеристичному імпедансу скрученої пари зі звичайного ізольованого проводу 24-го калібру або іншого, близького перетину.

Розповсюдженим способом завершення ТТЛ-шини є підключення дільника напруги між + 5 В и землею. Логічний високий рівень утримується при цьому на рівні +3 В, а це означає, що при перемиканні потрібний менший перепад напруги й тому через ємність навантаження протікає менший струм.

Рис. 9.7. Навантаження по змінній складовій

Звичайно вибирають комбінацію з резисторів 180 і 390 Ом, підключених відповідно до +5 В и землі. Інший спосіб, що добре працює й для ТТЛ і для КМОН, полягає в тому, щоб використовувати навантаження по змінному струмі, що складається з послідовного ланцюжка резистор - конденсатор між лінією даних і землею (рис. 9.7). Величина резистора звичайно вибирається близької до характеристичного імпедансу шини (типове значення 100 Ом); величина ємності повинна бути обрана з розрахунку низького ємнісного опору на частоті, рівній зворотній величині часу підйому сигналу (у загальному випадку досить 100 пкФ).

Шинні формувачі.Якщо лінії шин мають більшу довжину або великий коефіцієнт розгалуження, то необхідно використовувати спеціальні логічні елементи з високою навантажувальною здатністю по струму. Нижче перераховані найбільш відомі елементи цього типу. «Однобічні» означає, що вхідні й вихідні виводи ІС розташовані на протилежних сторонах корпуса. Існують також ІС-прийомопередавачів з відповідною навантажувальною здатністю; вони можуть використовуватися як буфери даних у будь-якому напрямку завдяки застосуванню на кожній лінії даних паралельних пар буферів з 3-я станами, включених назустріч один одному; вхід «напрямок» визначає, у яку сторону будуть передаватися дані.