В статье дается общая характеристика IBIS как нового метода представления информации об интегральных компонентах и моделирования цифровых узлов электронной техники, оценивается возможность применения IBIS-моделей для решения задач ЭМС на примере анализа помех в шинах питания цифровых устройств. Излагается подход к моделированию цифровых интегральных схем с использованием нормированных электрических сигналов. В статье приведены примеры, наглядно показывающие практическую пользу от использования IBIS-описания интегральных схем в решении задач ЭМС и проектирования электронной техники.
Введение
Сегодня проектируемые системы, как правило, содержат цифровые узлы. Исключение составляет лишь небольшой и постоянно уменьшающийся класс полностью аналоговых устройств. Такие цифровые системы и узлы должны обладать такой функциональной полнотой, которая обеспечила бы интерес к ней со стороны потенциального потребителя. Совершенствование электроники с точки зрения выполняемых функций и увеличение её быстродействия ведет к проявлению новых явлений в конструкциях, которые для более низких тактовых частот не проявлялись [1].
Решать задачу обеспечения выполнения аппаратурой сложных функций можно разными путями. Наиболее экономичным и простым в этом смысле является использование цифровых интегральных схем (ЦИС). Схемотехника систем средней сложности предполагает использование десятков ЦИС, которые должны стабильно выполнять свои функции при различных внешних воздействиях. Поэтому их проектирование должно осуществляться с учетом требований электромагнитной совместимости (ЭМС) [2].
Не менее важной является задача обеспечения внутрисистемной ЭМС. На этапе проектирования необходимо определить наличие в будущем устройстве тех его блоков и узлов, которые являются наиболее сильными источниками помех, т.е. работа которых сопровождается помехоэмиссией, и элементов, являющихся наиболее чувствительными к внешним электромагнитным воздействиям. После выявления таких частей системы применяют меры к снижению помехоэмиссии и экранированию чувствительных узлов.
Поскольку все создаваемые устройства электронной техники подлежат обязательной сертификации, то задача обеспечения внутрисистемной и межсистемной электромагнитной ЭМС должна решаться на стадии проектирования. В противном случае новая аппаратура может не удовлетворить предъявленным к ней на испытаниях требованиям по помехозащищенности и помехоэмиссии, что означает невозможность её официальной продажи.
Оценка влияния на работоспособность цифрового узла помех, распространяющихся в сигнальных линиях и в шинах питания, может быть проведена на основании результатов его моделирования. Исходными данными для проведения моделирования является принципиальная электрическая схема устройства и его предполагаемая конструкция. В схему вводятся дополнительные элементы, отражающие наличие в цифровом узле паразитных емкостей, индуктивностей и других элементов, и проводится её расчет при помощи специальных программных пакетов.
Причины возникновения помех в шинах питания цифровых узлов
Как отмечается в [3], кратковременные импульсные помехи в цепях питания цифровых технических средств появляются вследствие включения и выключения различного рода активных и реактивных нагрузок, быстрых изменений токов нагрузки, наличия нагрузок, возвращающих в шину питания энергию. Таким образом, в цифровых системах источниками помех в шинах питания являются переходные процессы, влияние которых на функционирование устройства увеличивается с ростом его быстродействия. Помимо этого, помехи могут быть обусловлены наводками на шины питания электрических и магнитных полей.
В рамках данной статьи мы остановимся на решении задачи моделирования помех в шинах питания, возникающих вследствие протекания сквозных токов через выходные каскады ЦИС, а также помех, возникающих вследствие наводок на шину питания посторонних токов.
Литература
- Кечиев Л.Н., Шнейдер В.И. Современные проблемы обеспечения ЭМС электронных модулей быстродействующих цифровых электронных средств. — Технология ЭМС, 2004, №4 (12) — М.: ООО Издательский дом «Технология», с.50-59.
- Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. — Пер. с англ.: Кармышев В.С., Кечиев Л.Н. — М.: ООО Издательский дом «Технология», 2003. — 540 с.
Продолжение следует.
Искренне Ваш, Главный научный сотрудник
P.S. Прошу подписываться на мой канал! Считаю, что мой опыт и научные достижения должны стать общедоступными. Только оригинальные статьи, собственные наработки!
