Виды линий связи и их электрические параметры

Линии связи относится к электрически «длинной», если время распространения сигнала больше фронта импульса. «Длинные» соединения делают в виде согласованных экранированных линий связи. Для них характерна задержка сигнала и уменьшение его амплитуды. Массовые соединения обычно выполняются несогласованными, неэкранированными линиями связи. Большинство массовых соединений можно отнести к электрически «коротким».

Линия связи считаются электрически «короткой» , если длительность фронта импульса больше времени задержки распространения сигнала (точнее t_ф > 4T_з). Для таких соединений характерно ухудшение фронтов и появление паразитных сигналов, по плоской части импульса. Основные искажающие факторы – эффект отражений и различного рода помехи.

Различные конструктивные виды линий связи:

В ЭС, особенно старших конструктивных уровней, могут сочетаться различные типы линий.

Например, связь двух элементов, расположенных на различных типовых конструкциях, может включать следующие участки: микрополосковая линия – контакт разъема – витая пара – контакт разъема - микрополосковая линия. Степень искажения сигнала зависит от электрических параметров, топологии и геометрической длины различных соединений. Помехи, возникающие при конструктивной реализации межсхемных соединений, не должны превышать допустимых, а задержки сигналов должны обеспечивать определенное в ТЗ быстродействие.

Таким образом, основная задача при проектировании соединений быстродействующих элементов ЭС состоит в выборе типа, конструкции и определении допустимой длины линий связи, в выработке требований к таким конструктивным элементам монтажа, как ПП, разъемы и т.п., т.е. при решении топологии.

Электрические параметры линий связи (рисунок 8.19) влияют на качество передачи сигналов.

где С_во и L_во – взаимные ёмкость и индуктивность на единицу длины линии; Z₀ – волновое сопротивление линии.

где R₀ , G₀ – активные сопротивление линии и проводимость изоляции на единицу длины линии; С₀ и L₀ – собственные ёмкость и индуктивность на единицу длины линии. Так как R₀ и G₀ – малы, то

Важнейший параметр – задержка распространения сигнала (нс/м) по линии связи на единицу длины. Так, для ненагруженной линии связи

для нагруженной линии связи

,

где – эффективное значение относительной диэлектрической проницаемости среды. – магнитная проницаемость среды (для большинства диэлектриков =5..8, ); С_сх – емкость нагрузки; l – геометрическая длина линии.

Ниже приведем некоторые виды связи, применяемые в ЭС и формулы для расчета их основных электрических параметров.

Проводник над заземленной плоскостью (рис.8.20).

Рис.8.20.Схема проводника над

проводящей поверхностью.

Здесь и далее h и d –в мм; С₀ – Ф/м; L₀ – в Гн/м; Z₀ – в Ом.

Витая пара.(Рис.8.21)

Рис.8.21.Схема витой пары.

D – диаметр изоляции проводника;

d – диаметр без изоляции.

Полосковая линия. (Рис.8.22)

Рис.8.22.Схема полосковой линии.

Микрополосковая линия. (Рис.8.23).

Рис.8.23.Схема микрополосковой линии.

Коаксиальный кабель. (Рис.8.24)

Это идеальная экранированная линия связи.

Рис.8.24.Схема коаксиального кабеля.

Для ослабления влияния магнитной связи в аппаратуре необходимо:

- максимально разносить цепи рецепторов и источников помех;

- по возможности компоновать цепи РП в плоскости, параллельной направлению воздействующего на них помехонесущего магнитного потока;

- уменьшать площадь петли, образованной цепью РП, сокращая длину и расстояние между проводами h, что снизит магнитный поток, пронизывающий петлю (рисунок 8.25а).

Укладка изолированного прямого провода непосредственно на каркас или шасси изделия существенно снижает h (рисунок 8.25 б)

Применение отдельного обратного провода в качестве земляного позволяет устранить также кондуктивную связь через общий участок корпуса или шасси (рисунок 8.25, в).

При скручивании прямого и обратного проводов напряжения на соседних участках линии примерно одинаковы по уровню, но противоположны по знаку (рисунок 8.25, г).

Малая магнитная связь обеспечивается и при использовании коаксиального кабеля, так как его оплетка, являющаяся обратным проводом, расположена концентрично относительно внутреннего провода, чем обеспечивается малое h.

Если применение указанных мер при проектировании ЭС ограничено, то для обеспечения трудоемкого ослабления помех необходимо прибегнуть к магнитному экранированию.