Передача сигналів по лініях зв'язку.
Особливе значення мають електричні ланцюги, по яких передаються сигнали як між входами і виходами мікросхем на друкованій платі, так і між різними пристроями ЕОМ, що знаходяться на різних платах і в різних корпусах.
Такі електричні ланцюги будемо називати лініями зв'язку. Більшість ліній зв'язку відносяться до несиметричним.
На ріс.105 показані різновиди несиметричних ліній зв'язку: а - одиночний провідник, б - кручена пара, в - коаксіальний кабель
Ріс.105. Несиметричні лінії зв'язку.
Одиночний провідник - звичайна лінія зв'язку, широко використовувана на друкованих платах, вихід передавача і вхід приймача зв'язуються одиночним провідником, а електричне замикання ланцюга здійснюється через загальний провідник друкованої плати. Перевага однопровідною лінії зв'язку - простота, а недолік - велика кількість перешкод, що виникають в загальному провіднику друкованої плати і впливають на переданий сигнал.
Вита пара - два ізольованих провідника звиті між собою, один з них пов'язує передавач і приймач сигналів, а другий використовується для замикання електричного кола. При використанні кручений пари в межах друкованої плати суттєво підвищується стійкість передачі інформації, але вартість такої конструкції вище, ніж одиночного провідника.
Коаксіальний кабель - спеціальна конструкція, що складається з центрального провідника, що знаходиться в ізоляційної оболонці, поверх якої розташований циліндричний екранує провідник.
Має сенс розглядати вплив відображення сигналів, якщо лінія зв'язку працює як довга лінія, а це визначається виконанням умови
, де - час поширення сигналу по лінії зв'язку, - тривалість імпульсного сигналу.
При виконанні цієї нерівності відбиті сигнали від кінців лінії не впливають на форму імпульсу, тобто таку лінію не має сенсу розглядати як довгу лінію. З огляду на, що швидкість поширення сигналів в сполучних лініях близько 25 см / нс, а тривалість фронтів формуються на виходах елементів ТТЛ серій від 2 до 20 нс можна визначити довжину сполучних провідників, у яких виконується вказане нерівність. Дані по ТТЛ серій наведені в табліце16.
Якщо прийняти, що - вихідний опір джерела сигналу, - хвильовий опір лінії зв'язку, - опір навантаження, підключене до виходу лінії, то напруга на вході лінії (в точці А) можна визначити за формулою, де - вихідна напруга елемента передавача. В процесі передачі сигналів по довгій лінії спостерігається відображення сигналів від кінців лінії зв'язку і неоднорідностей по її довжині. Коефіцієнт відображення на вході лінії (в точці А) може бути оцінений співвідношенням
а на виході лінії (в точці В) -
Величина відбитої хвилі визначається як добуток величини падаючої хвилі на коефіцієнт відображення.
Розглянемо на прикладі вплив відображення на якість передачі сигналу по лінії зв'язку між двома логічними елементами з наступними параметрами:,,, логічний елемент - передавач змінює стан виходу з нульового на одиничне з рівнем напруги 4В. Коефіцієнти відбиття приймуть значення і.
При перемиканні елемента на вході лінії (в точці А) маємо
Цей сигнал приходить в кінець лінії і відбивається, в кінці лінії (в точці В) будемо мати, причому твір - це відбита хвиля, яка приходить в початок лінії і знову відбивається. При цьому на вході лінії отримуємо
і відповідно обчислюючи далі, отримуємо
Результати розрахунків у вигляді графіків наведені на малюнку 106.
Як видно з графіка сигнал на вході і виході лінії є плавно наростаючим напругою, вид якого наводить лише до затримки сигналу в часі. Однак при інших співвідношеннях опорів форма сигналу зазнає більш серйозні зміни, які можуть призвести до порушення працездатності. Розглянемо роботу лінії при:, інші параметри як в попередньому прикладі. Коефіцієнти відбиття приймуть значення і.
Ріс.106. Графік зміни напруги на кінцях
Розрахуємо напруги на кінцях лінії:
Результати розрахунків в графічному вигляді представлені на ріс.107.
Аналіз графіків дозволяє зробити висновок, що форма сигналів має вигляд коливального процесу з періодом чотири інтервалу часу поширення сигналу по лінії в одному напрямку.
З розглянутого видно, що в залежності від співвідношення величин вхідного і вихідного опорів передавача і приймача сигналу, а також хвильового опору лінії процеси передачі сигналів по лінії зв'язку можуть бути найрізноманітнішого виду.
Найгірше співвідношення буде тоді, коли на обох кінцях лінії коефіцієнти відображення будуть одиничними і з різними знаками, можлива повна втрата інформації.
Ріс.107. Графік передачі сигналу по лінії зв'язку.
Подібні спотворення сигналів при передачі їх по довгих лініях призводять до зниження надійності роботи всього обчислювального пристрою. Для зменшення спотворень довгими лініями необхідно виконувати їх узгодження з передавачами і приймачами сигналів.