Применение ТТЛ микросхем

Критическая длина печатных проводников ИС серии К531 меньше, поэтому особенно тщательно необходимо провести анализ фактической длины проводников за пределами платы, так как длинные линии могут образоваться при переходе линий связи с платы на плату (в пределах панели), при работе на элементы индикации, при выводе на контрольные разъемы и т. д. В больших системах наиболее вероятно, что максимально допустимую длину превысят именно эти цепи, а не проводники, расположенные в пределах одной печатной платы. Особое внимание следует уделять тому, чтобы не было слишком длинных и несогласованных линий в цепях синхронизации.

Длина проводников ограничивает и размеры системы в целом. При построении систем с размерами больше предельных возникает необходимость использования дополнительных магистральных усилителей, экранированных кабелей, элементов согласования линий связи и т. п.

Способы повышения помехоустойчивости

Последовательное и параллельное согласование ИС ТТЛ с линией связи. Общий уровень помех определяется суммой помех от всех источников, поэтому в любом случае отражения ухудшают помехоустойчивость ИС ТТЛ. При проектировании устройства возникает необходимость управлять с помощью ИС ТТЛ длинными линиями. Наличие отражений в несогласованной линии создает серьезные ограничения. Паразитные колебания в линии можно устранить, подключив на ее конце резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению линии. При этом коэффициент отражения с = 0 и отражения отсутствуют. Если использовать согласующий резистор, включенный последовательно в линию, то вследствие падения напряжения на этом резисторе от тока нагрузки помехоустойчивость по напряжению снизится и может быть даже меньше, чем у линии без согласующего резистора. Например, при напряжении лог. 0 через резистор 100 Ом протекает ток 3,2 мА. Падение напряжения на нем, равное 320 мВ, определяет соответствующее снижение помехоустойчивости схемы по напряжению лог. 0 в статическом режиме.

В отдельных случаях допускается согласовывать длинные линии с помощью резистора, включенного последовательно в линию. Например, согласование линий связи, выполненных витой парой или коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 100 Ом, рекомендуется выполнять с помощью резистора сопротивлением 82 Ом с допустимым отклонением сопротивления ±5%, устанавливаемого непосредственно у выхода передающей ИС. Схемы связи, типы передающих логических элементов серии К155, число элементов нагрузки, ограничения на длину линии связи приведены в табл. 4.8. При определении приращения задержки распространения по таблице, длину линии связи следует брать в метрах. Первая нагрузка подключается одиночным проводом длиной не более 0,2 м или витой парой длиной не более 0,5 м. Диод VD введен для уменьшения длительности положительного фронта импульсов.

При последовательном согласовании длинных линий возможны различные варианты. В общем случае требованием обеспечения правильного построения схемы согласования является выбор номинала резистора таким, чтобы при протекании нагрузочного тока лог. 0 на нем было минимальное падение напряжения. Увеличение сопротивления резистора приводит к увеличению падения напряжения на нем и возрастанию напряжения лог. 0. что соответственно снижает помехоустойчивость ИС ТТЛ. Кроме того, необходимо обеспечить минимальное значение нагрузочного тока, вызывающего падение напряжения на резисторе. Например, неплохим решением будет организация линии связи, где в качестве передающего применен ЛЭ К555ЛН1, нагруженный через согласованную линию связи на один вход ИС серии К555. Линия связи представляет собой витую пару (провод МГТФ-2), волновое сопротивление которой 100 Ом. При протекании через согласующий резистор сопротивлением 100 Ом тока лог. 0 падение напряжения на нем ДU = 1• R = 0,04 В, что составляет 10% напряжения лог. 0.

В случае параллельного подключения согласующего резистора к линии необходимо, чтобы не был превышен допустимый нагрузочный ток для ИС, подключенных к линии, и были обеспечены напряжения логических уровней. Однако ИС ТТЛ со стандартным выходом не могут работать на резистор сопротивлением 50 -- 200 Ом независимо от того, соединен ли этот резистор на выходе ЛЭ с общей шиной или с источником питания. При подключении резистора к общей шине не обеспечивается напряжение лог. 1, при подключении к источнику питания превышается нагрузочный ток лог. 0.

Рис. 4.22. Параллельное согласование ИС ТТЛ с линией передачи (С -- развязывающий конденсатор)

Поэтому для согласования линий связи используются более сложные схемы с применением специальных буферных ИС. Требования к таким схемам следующие: выходные напряжения линии должны находиться за пределами выходных пороговых напряжений лог. 0 и Г, выходной втекающий и вытекающий токи в состоянии лог. 0 и 1 управляющего ЛЭ не должны превышать допустимых значений для данного элемента. Этим требованиям может отвечать схема, изображенная на рис. 4.22. Номиналы согласующих резисторов R1, R2 должны быть подобраны таким образом, чтобы их среднее сопротивление было близко волновому сопротивлению линии. При волновом сопротивлении линии, равно 100 Ом, сопротивление R1 может быть равно 150 Ом, тогда R2 = 470 Ом. В этой схеме выходной втекающий ток лог. 0 превышает 30 мА, что приводит к необходимости применения буферных ИС с повышенной нагрузочной способностью (К155ЛА6, К155ЛА7, К155ЛА13, К531ЛА13 и др.), но с соответствующим ограничением коэффициента нагрузки.

Для работы на кабель с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом лучшими характеристиками обладает ИС К531ЛА16П, которая обеспечивает на выходе напряжение 2 В при подключении согласующего резистора 50 Ом к общей шине.

Применение триггера Шмитта. Одним из методов повышения помехоустойчивости ТТЛ ИС в линиях связи при неприемлемых значениях отношения помеха-сигнал является применение в качестве приемного элемента триггера Шмитта (ИС типа К155ТЛ1 -- К155ТЛЗ, К531ТЛЗП и К555ТЛ2). Триггер Шмитта обладает меньшей чувствительностью к помехам, чем стандартная схема И -- НЕ благодаря своей переходной характеристике, которая представляет собой петлю гистерезиса (рис. 4.23). Петля гистерезиса характеризует разность напряжений между положительным (U_T⁺) и отрицательным (U_T^-) порогами срабатывания. Порог U_T⁺ представляет собой входное напряжение высокого уровня, которое возрастает до переключения триггера из состояния высокого уровня напряжения в низкое, а порог U_T^- -- напряжение низкого уровня, до которого должно снизиться входное напряжение до переключения из состояния низкого уровня напряжения в высокое.

Пример организации схемы сопряжения триггера Шмитта с линией связи и временная диаграмма работы схемы приведены на рис. 4.24, где U_{cp б} -- напряжение срабатывания, U_отп-- напряжение отпускания. Схема организации связи повышенной помехоустойчивости с использованием ИС триггера Шмитта приведена на рис. 4.25.

Применение специальных ИС. (Основные параметры ряда специальных ИС ТТЛ приведены в приложении П3). Эффективным способом передачи сигналов по линиям связи без помех является использование разностных сигналов. Специально для межблочных линий связи ЭВМ разработаны интерфейсные ИС формирователя сигналом К170АП1 и усилителя К170УП1. При использовании для связи между ИС передатчика К170АП1 и приемника К170УП1 витой пары на конце линии подключается согласующий резистор, благодаря чему устраняются отражения в линии. Передатчик осуществляет преобразование однофазных сигналов ТТЛ в разностные сигналы. Приемник имеет высокоомный дифференциальный вход, аналогичный входу операционного усилителя, и осуществляет обратное преобразование разностного сигнала в исходный логический сигнал. Высокая помехоустойчивость системы обеспечивается благодаря свойству приемника срабатывать только от разностных сигналов. Так как обе сигнальные линии расположены рядом, все помехи одинаково действуют на обе линии. На эти так называемые синфазные сигналы вход приемника не реагирует. Схемы имеют входы запрета и стробирования, которые позволяют линии работать в уплотненном режиме и отключать передатчики от линии. Входы приемников могут отключаться через вход стробирования. Частота передачи сигнала в системе свыше 10 МГц. Благодаря высокоомным входам приемника передатчик может работать с несколькими приемниками.

Рис. 4.23. Типовая переходная характеристика входного ЛЭ -- триггера Шмитта

Рис. 4.24. Схема сопряжения триггера Шмитта с линией связи

Рис. 4.25. Схема построения линии связи с повышенной помехоустойчивостью

Рис. 4.26. Схема построения линии связи

Рис. 4.27. Схема передачи данных

Рис. 4.28. Передаточная характеристика ИС К170УП2 при U_п = + 12 В, U_пор = U_п

На рис. 4.26 приведена схема построения линии связи. Длина линии передачи l?30 м. Динамические параметры схемы в диапазоне температур для входного сигнала частотой 1 МГц

30 нс от точки a до точки b,

t_{зд р} = 150 нс от точки а до точки с,

200 нс от точки а до точки d,

50 нс от точки с до точки d.

Повышение помехоустойчивости системы может быть обеспечено повышением отношения сигнал-помеха, т. е. повышением амплитуды сигнала, которое может быть осуществлено с помощью преобразования уровня передаваемого сигнала. На рис. 4.27 приведена схема организации передачи данных в линии емкостью до 2000 пФ. В качестве элементов сопряжения используются формирователь ИС К170АП2 и усилитель сигналов ИС К170УП2.

Микросхема К170АП2 представляет собой сдвоенный (двухканальный) формирователь двуполярных сигналов с амплитудой выходных сигналов более 5В на нагрузке R_н ? 3 кОм, С_н ? 2500 пФ. Предусмотрена защита выходного каскада от перегрузок по напряжению и току. Напряжение питания +12 и -12 В.

Микросхема К170УП2 представляет собой четырехканальный усилитель для приема с линии связи двуполярных сигналов амплитудой более 3 В и формирования на выходе сигналов, согласованных по напряжениям и токам с сигналами стандартных ИС ТТЛ. Особенностью передаточной характеристики ИС К170УП2 (рис. 4.28) является наличие гистерезиса, величина которого может регулироваться при уменьшении напряжения на выводе U_пop. Питание ИС может осуществляться от источника питания напряжением +5 В или +12 В (через встроенный стабилизатор).

Правила электромонтажа ИС ТТЛ

Время распространения сигнала по линиям связи с ИС ТТЛ соизмеримо с временем преобразования, поэтому для расчета этих линий может быть использована теория длинных линий. Для получения высокого быстродействия системы, построенной на ИС ТТЛ, и обеспечения их помехоустойчивости и надежности к линиям связи предъявляются определенные требования, существенно определяющие конструкцию ЭВМ в целом.

Наибольшее влияние на работу ИС ТТЛ, размещенных на печатной плате, при распространении сигналов оказывают паразитные колебания, накладывающиеся на основной сигнал, и перекрестные помехи (между линиями передачи сигналов). Паразитные колебания возникают вследствие неточного согласования на конце линии передачи или вследствие наличия неоднородностей по ее длине. В результате воздействия этих факторов значительно снижается быстродействие логической системы и могут происходить потери обрабатываемой информации.

Большая насыщенность платы печатными проводниками, включение неоднородностей в переходных металлизированных отверстиях, на контактах разъемов и т. п. не позволяют применить строгую теорию длинных линий к решению конкретных технических проблем, связанных с расчетом параметров линий связи печатных плат.

Накопленный к настоящему времени большой опыт конструирования полосковых и навесных линий связи позволяет обеспечить требуемые помехоустойчивость устройств и быстродействие логической системы.

В большинстве случаев для конструирования типовых элементов замены ЭВМ на ИС ТТЛ целесообразно использовать двусторонние печатные платы с ортогональным расположением проводников по прямоугольной координатной сетке, хотя при этом возникают дополнительные трудности при расчете линий связи и обеспечении приемлемой помехоустойчивости. Преимуществом двусторонних печатных плат являются их относительно низкая стоимость, высокая технологичность монтажа и ремонта.

В ряде случаев для монтажа ИС ТТЛ можно использовать четырехслойные печатные платы, при этом сигнальные проводники располагаются на внешних поверхностях, а внутри лежат слои питания и общие. Подобная разводка цепей позволяет уменьшить помехи по цепи питания. Однако следует учитывать, что применение многослойных печатных плат увеличивает стоимость конструкции и поэтому не всегда оправдано.

Разводка питания на печатной плате. По назначению на плате все линии связи делятся на сигнальные (информационные), коммутационные, для синхронизации и индикации, а также на шины питания и общую.

Шины питания и общая шина должны обладать возможно низким сопротивлением. Разводку питания и общих цепей ко всем корпусам ИС можно выполнить несколькими способами. Однако наилучшие результаты достигаются, если шины питания и общая образуют непрерывные замкнутые контуры. Для блокирования низкочастотных и высокочастотных помех должна быть предусмотрена установка развязывающих конденсаторов. Ширина печатных проводников шин питания и общей, как правило, должна составлять 2,5--5 мм. При большой ширине уменьшается уровень помех, обусловленных индуктивностью шин. Шины питания и общую по возможности располагают друг под другом в соседних слоях, либо, при наличии свободного места на плате, их выполняют в виде смежных плоскостей для получения большей конструктивной емкости развязки. Минимальная ширина отводов от шины питания должна составлять 0,5 мм. Для подведения напряжения питания и подключения общей шипы рекомендуется использовать крайние контакты разъемов.

Размещение сигнальных линий на печатной плате. Наилучшим условиям распространения сигнала в несогласованной полосковой линии при использовании ИС ТТЛ отвечает линия с волновым сопротивлением, близким 100 Ом, так как при использовании линии с малым волновым сопротивлением уменьшается амплитуда первого фронта импульса на входе линии, увеличивается количество отражений. Увеличение волнового сопротивления свыше 100 Ом приводит к заметному возрастанию амплитуды первого фронта импульса на выходе линии по отношению к уровню напряжения лог. 1 в установившемся режиме. Оптимальное волновое сопротивление определяется соотношением W/H, т. е. геометрическими размерами полосковой линии при заданной относительной диэлектрической проницаемости материала печатной платы. Ширина W полосковой линии для наиболее часто применяемых конструктивных исполнений двуслойных плат составляет 0,5--1,5 мм, ширина многослойных плат 0,3 мм. Соответственно шаг размещения параллельно расположенных проводников должен составлять для двуслойной платы 1,25--3,75 мм и для многослойной 1,25 мм.

Полосковые линии синхронизации должны быть удалены от информационных линий и от линий синхронизации сигналов другой фазы на расстояние не менее 2,5 мм. Для ограничения перекрестной наводки в смежных слоях сигнальные проводники размещают под углом 90 или 45є.

Допустимая длина совпадающих по направлению участков печатных проводников определяется критической длиной линии. Длину линии называют критической, когда удвоенное время задержки сигнала в линии 2t_зд равно длительности фронта импульса ф_ф, поступающего на линию: ф_ф / 2t_зд = 1. Линии передачи, для которых ф_ф / 2t_зд ? 1называют длинными, а линии, для которых ф_ф / 2t_зд > 4, -- короткими. Если принять, что длительность фронта импульса измеряется в наносекундах, погонная задержка сигнала в линии t_{зд 0} -- в наносекундах на метр, то критическая длина линии (в метрах) l_кр = ф_ф /2t_{зд 0}. В близко расположенных проводниках длиной, равной критической, создаются максимальные отражения импульсов при перекрестных связях проводников, что может явиться причиной превышения допустимой помехоустойчивости.

Величина t_{зд 0} наиболее часто применяемых на платах с ИС ТТЛ печатных линий составляет 5--6,5 нс/м в зависимости от типа линии, диэлектрической проницаемости материала платы, соотношения W/H. Если принять длительность фронта импульсов ИС серии К155, равной 4,5 нc, ИС серии К531 -- 2-3 нc, то при ширине проводников 0,5 мм на плате толщиной 1,6 мм (е ? 5) ориентировочные значения критической длины проводников будут соответственно 385 и 170--250 мм. Для максимального ослабления перекрестной помехи приемлемое значение длины параллельных проводников составляет 1/3 критической длины.

Таблица 4.9

Таким образом, максимальную длину двух параллельных сигнальных проводников следует ограничивать для ИС серий К155и К555 значением 126 мм, а для ИС серий К531 56--85 мм. Если число параллельных проводников больше двух, то ужесточаются и ограничения на длину параллельных проводников.

В табл. 4.9 приводятся нормы на максимально допустимую длину печатных параллельных проводников, расположенных на одной стороне платы или в одном слое при их ширине 0,5 -- 1,5 мм для микросхем серии К155.

Рис. 4.29. Способ организации связи с помощью витых пар

Приведенные нормы распространяются и на длину параллельных проводников, выходящих за пределы печатной платы. В пределах печатной платы эти нормы допускается увеличивать на 40%. Соответствующие значения длины параллельных проводников для ИС серий К.555, К531 и др. можно оценить, зная минимальную длительность фронта выходного импульса и скорость распространения сигнала в линии. Плотность размещения печатных проводников сигнальных линий ИС серий К155, К555 можно увеличить, уменьшая шаг размещения печатных проводников до 0,625 мм, если длина параллельно расположенных проводников не превышает 20 мм.

Для увеличения максимальной длины печатных проводников их следует располагать в следующей последовательности: 1) проводники синхросигналов; 2) проводники питания; 3) проводники, выходящие на разъем; 4) сигнальные проводники и пр.

Сигнальные линии связи между платами рекомендуется выполнять с помощью монтажной панели, выполненной в виде печатной платы, имеющей экранирующее покрытие со стороны монтажа. Экран должен быть соединен с общей шиной печатных плат. Длина линий на монтажной панели для ИС серии К.155, К555 при выполнении их печатным монтажом определяется как разность длины, полученной по табл. 4.9, и длины линии па плате. Если длина сигнальных линий превышает 200 мм, то рекомендуется выполнять их с помощью объемного монтажа. Связь осуществляется кратчайшим путем. Укладывать параллельные проводники в жгут не допускается.

Допускаются два основных способа подключения ИС к печатным линиям связи: последовательный способ распределения нагрузки вдоль линии связи с помощью отводов и без них; радиальный способ распределения нагрузки к линиям связи. Предпочтительным является последовательный способ распределения нагрузки без отводов. При радиальном способе один логический элемент может возбуждать две параллельные линии. Необходимо предусматривать установку ИС буферных элементов и схем с открытым коллекторным выходом при организации связей между платами, панелями и др.

Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости при выполнении проводного монтажа линий связи. Для выполнения внутрипанельных, межпанельных, межрамных линий связи используются одиночные провода, витые пары, плоские высокочастотные кабели, коаксиальные кабели и др. Линии связи длиной от 20, до 1 м в пределах панели выполняют витыми парами без согласующих элементов с шагом скрутки не более 1 см или бифиляром в экране. К выходу одного передающего ЛЭ допускается подключать не более трех витых пар суммарной длиной не более 1,5 м.

При радиальном способе распределения нагрузки, сосредоточенной на конце линии связи (рис. 4.29), приращение задержки на выходе передающего ЛЭ (в наносекундах) Д=8l_У, Д=6l_У, приращение задержки на выходе линий связи Д=8l_У + 5l_i, i = 1, 2, 3.

Суммарная длина линий связи при радиальном распределении нагрузки не должна превышать 2 м. Обратные провода витых пар должны быть «заземлены» на передающем и приемном концах. Длина раздельной части витой пары или неэкранированной части бифиляра в экране должна быть не более 3 см. К одному контакту разъема допускается подключать не более трех обратных проводов витых пар.

От несогласованной витой пары допускается делать отводы одиночным проводом в пределах нагрузочной способности передающих ИС. Суммарная длина отводов не должна превышать 0,2 м. Кроме того, в линии связи, выполненной витой парой, отдельные участки допускается проводить одиночным проводом, при этом суммарная длина одиночных проводников в данной линии связи не должна превышать 0,2 м, а длина всей линии связи 1 м.

Разводку линий связи для сигналов синхронизации в пределах панели можно выполнять с помощью витой пары длиной до 35 см или одиночным проводом длиной до 10 см. От витой пары допускается делать отводы одиночным проводом длиной до 10 см, причем суммарная длина одиночных проводников не должна превышать 20 см.

Линии связи для сигналов синхронизации длиной более 35 см необходимо выполнять с помощью согласованного либо несогласованного коаксиального кабеля длиной не более 50 см.

Линии связи с выхода ИС до элементов индикации рекомендуется выполнять витыми парами. Длина их определяется из условий обеспечения требований ТУ на максимально допустимое напряжение на выходе ИС.

Коммутационные линии связи (линии связи между переключателями, контактами реле, тумблерами и ИС) рекомендуется выполнять экранированным проводом. Допускается применять одиночные проводники длиной до 0,3 м и витые пары длиной до 3 м.

Укладка в один жгут информационных, коммутационных линий связи и линий индикации не допускается. Параллельная прокладка информационных проводов (жгутов) и жгутов, содержащих сильноточные цепи (питание, коммутационные), допускается на расстоянии не менее 50 мм. Одиночные проводники нельзя укладывать в жгуты как друг с другом, так и с витыми парами. Несогласованные и согласованные витые пары допускается укладывать в жгуты или группы проводов без связки, а также в шлейфы.

При передаче сигнала с выхода микросхем с внутренней памятью (триггеры, счетчики, регистры, мультиплексоры и т. п.) в смежный блок обязательно используется буфер. Если приемником сигнала являются устройства с внутренней памятью, то между ними и линией связи также необходимо установить буферы.

Межпанельные или межрамные линии связи длиной от 1 до 3 м необходимо выполнять согласованными витыми парами, либо кабелями с волновым сопротивлением 100 Ом. Все обратные линии, включая витую пару и коаксиальный кабель, необходимо подсоединить к общей шине как с передающей, так и с приемной стороны. В непосредственной близости от ИС необходимо установить развязывающие конденсаторы как на передающей, так и на приемной стороне длинной линии емкостью не менее 0,1 мкФ. Общий вывод ЛЭ, вывод конденсатора и обратная линия передачи должны быть подключены как можно ближе друг к другу.

При прозвонке электрических цепей, содержащих ИС, постоянные напряжения между двумя любыми выводами ИС не должны превышать 0,3 В. Ток по любому выводу ИС не должен превышать 1 мА.

Приведенные рекомендации по обеспечению помехоустойчивости не описывают все возможные варианты защиты от помех. Для создания оптимальной конструкции необходимо проводить анализ в каждом конкретном случае.

Магистральные линии связи

Для повышения нагрузочной способности при организации межпанельных магистральных линий связи, внешних линий связи, внешних линий связи интерфейса в серии ИС ТТЛ вводятся специальные схемы. Организацию магистральных линий связи с использованием специальных микросхем рассмотрим на примерах.

Для работы на низкоомную нагрузку используют ИС КЮ9ЛИ1, представляющую собой 6-входовой логический элемент И. Выходной ток ИС по уровням лог. 0 и 1 обеспечивает работу ИС на низкоомную нагрузку. По логическим уровням схема совместима с ИС ТТЛ. На рис. 4.30 приведены схемы организации линии связи с использованием ИС К109ЛИ1 и коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. По схеме, приведенной на рис. 4.30, а непосредственно на выход кабеля допускается подключать не более четырех стандартных входов ИС ТТЛ серий К155, К555, а по схеме, приведенной на рис. 4.30, б, -- один вход. Для обеспечения гарантированного срабатывания приемного ЛЭ при параллельном согласовании (рис. 4.30, а) длина кабеля выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на нем не превышало 50 мВ; длительность импульса не менее 200 нc. Максимальная длина кабеля при последовательном согласовании (рис. 4.30, б) не более 100 м, длительность импульса не мене 1 мкс.

Рис. 4.30. Схемы включения согласованного кабеля РК-75 на выход ИС К109ЛИ1

Рис. 4.31. Схемы согласования ИС К109ЛИ1 с линией связи и ИС типа К155ЛА8, К555ЛА9

Рис. 4.32. Схема согласования ИС К109ЛИ1 с линией связи и ИС К155ЛАЗ

Рис. 4.33. Схема включения согласованного кабеля РК-50 на выход ИС 155ЛЕ6 (параллельное согласование)

Рис. 4.34. Схема включения согласованного кабеля РК-75 на выход ЛЭ К155ЛЕ6 (последовательное согласование)

Микросхема К109ЛИ1 может быть нагружена на ИС серий К155, К555 через экранированный провод типа МГШВ. На выход экранированного провода допускается подключать не более двух входов ИС при длине провода 5 м (рис. 4.31, а) и не более одного входа при длине провода до 30 м (рис. 4.31, б).

На рис. 4.32 приведена схема включения ИС К109ЛИ1 на экранированный провод типа МГТФЛЭ. В качестве нагрузки допускается подключать не более двух входов ИС серии К155 при длине провода (l) не более 6 м и не более одного входа ИС серии К555 при длине провода не более 4 м. Неиспользуемые входы ИС КЮ9ЛИ1 допускается подключать к источнику питания 5 В ±5%.

В качестве магистральных усилителей при работе на низкоомную нагрузку могут быть использованы ИС К155ЛЕ6 (четыре логических элемента 2ИЛИ--НЕ), К531ЛА16П (два логических элемента 4И--НЕ). На рис. 4.33, 4.34 приведены схемы подключения согласованных кабелей РК-50, РК-75 к выходу ИС К155ЛЕ6. На выход длинной линии в этих схемах подключена ИС К155ЛНЗ буферного инвертора с повышенным выходным коллекторным напряжением (до 30 В), нагрузкой которой являются исполнительные каскады. Хорошим решением является подключение к выходу кабеля ИС типа ТЛ2.

Рис. 4.35. Схема информационной магистрали

Наличие сигналов запрета и стробирования в ИС К170АП1 и К170УП1 позволяет организовать информационную магистраль: несколько приемников (К170УП1) и передатчиков (К170АП1) распределяют общую информацию на одну линию (уплотненный режим работы) (рис. 4.35). При этом один передатчик работает на все приемники, имеющие 1 на стробирующем входе. Линия может быть выполнена согласованной витой парой проводов. Так как входы приемника высокоомны, они не представляют никакой дополнительной нагрузки для кабеля, не влияют на его волновое сопротивление, и в магистраль можно одновременно включать до 30 передатчиков и приемников.

Защита от статического электричества

При работе ИС ТТЛ необходимо учитывать возможность выхода их из строя от воздействия электростатического заряда, который возникает на поверхности диэлектрика при электризации. В частности, электростатические заряды образуются на теле человека при трении об одежду: ходьбе по линолеуму и т. п. Заряд может достигать такого значения, при котором ИС может быть повреждена либо полностью выйти из строя. Например, если на вход ИС наведен заряд Q=10^-9 Кл, то при С_вх = 2 пФ напряжение на выводе ИС U = Q/C_BX =500 В.

Характерными признаками повреждения приборов при воздействии статического электричества являются: аномальные утечки токов; уход параметров за нормы ТУ; короткое замыкание; пробой p-n переходов; выгорание металлизации; перегорание внутренних выводов и др.

Часто воздействие статического электричества приводит к появлению скрытых дефектов в микросхемах, которые проявляются со временем и приводят к ухудшению электрических параметров. Опасное (критическое) значение статического потенциала приводится в ТУ на микросхемы: 200 В для ИС серий К155, К531 и КР1533 и 30 В для ИС серии К555 (если иное не установлено в ТУ исполнения).

Измерение статического потенциала производят с помощью электростатического вольтметра. Для этого следует соединить измеряемый объект с изолированной клеммой электростатического вольтметра. Потенциал объекта с учетом влияния входной емкости вольтметра С_вх равен U_Об = U (1 + С_вх/С), где U -- показание вольтметра, В; С -- емкость объекта.

Электрическая емкость объекта измеряется с помощью прибора Е7 = 5А или Е12 = 1А. Электрическая емкость тела человека в производственных условиях может изменяться от 150 до 250 пФ. Допустимыми следует считать значения, не превышающие половины критического (опасного) потенциала самого чувствительного к статическому электричеству прибору. Для ограничения или устранения воздействия опасного электростатического заряда на ИС необходимо применять комплекс мероприятий. Прежде всего используются покрытия, а также обувь и одежда материалов, обладающих большой проводимостью. Поверхность столов и пола в рабочих помещениях рекомендуется покрывать малоэлектризующимися материалами с удельным сопротивлением не более 10⁶ Ом•м. Сопротивление покрытия пола по отношению к земле должно быть не более 10⁶ Ом. Не допускается загрязнять проводящие покрытия полов и столов веществами, повышающими их сопротивление. Производственные столы рекомендуется дополнительно накрывать металлическим листом размером 200 300 мм, соединенным через ограничительное сопротивление 1 МОм с заземляющей шиной. Для ослабления электризации применяются физические и химические методы. Физические методы предусматривают обеспечение заземления всех металлических и электропроводящих неметаллических частей технологического, испытательного и измерительного оборудования. Непрерывный отвод зарядов статического электричества с тела человека обеспечивается использованием антистатических браслетов (колец, пинцетов), подключенных к заземленной шине через резистор сопротивлением 1 МОм ±10% гибким изолированным проводом. К физическим методам снижения электризации относится поддержание относительной влажности в помещениях, предназначенных для работы с микросхемами, на уровне максимально допустимого значения, указанного в технической документации.

К химическим методам снижения электризации относятся методы, предусматривающие использование электропроводящих пленок, эмалей, красок, лаков для повышения проводимости диэлектрических покрытий полов, столов, частей оборудования и приспособлений. Такие пленки должны создавать проводящий слой с удельным сопротивлением менее 105 Ом-м. Пленки наносят разбрызгиванием, распылением или испарением металла в вакууме. Для снижения удельного поверхностного сопротивления диэлектриков (на 3--5 порядков) рекомендуется наносить на их поверхность различные антистатические вещества («Антистатик», «Чародейка») с поверхностно-активными свойствами. При лакировании приборов методом распыления приспособления для лакировки должны быть установлены на заземленный металлический лист, а краскокраситель, плата и камера - заземлены.