Вопросы согласования линий связи



Согласование линий связи.

Отражения в линии связи отсутствуют только в однородных линиях, т.е. в линиях, у которых все их параметры неизменны по ее длине. Простейшее согласование выполняется на уровне согласования сопротивлений. Оно состоит в том, что дополнительными резисторами включенными на входе и выходе линии изменяют выходное сопротивление передатчика и входное сопротивление приемника таким образом, чтобы они стали равны волновому (характеристическому) сопротивлению линии. Одно из широко распространенных представлений длинной линии (линии с распределенными параметрами) показано на рис.108.

Здесь L — индуктивность приведенная к единице длины линии, а С — емкость единицы длины линии, и — волновое сопротивление определяемое соотношением. В общем случае волновое сопротивление имеет комплексный характер, но при согласовании пользуются значением модуля волнового сопротивления, что приводит к погрешностям согласования. Поэтому добиться полного исключения явления отражения сигналов невозможно.

Рис. 108. Представление длинной линии.

Поскольку входные и выходные сопротивления активных элементов могут быть как больше, так и меньше волнового сопротивления линии то используют различные способы согласования — параллельное и последовательное.

Сущность согласования состоит в том, что необходимо подобрать параллельные или последовательные сопротивления, подключаемые к выходу передатчика и входу приемника, таким образом, чтобы выходное сопротивление передатчика и входное сопротивление приемника стали равны волновому сопротивлению линии.

Рис.109. Согласование на входе и выходе линии.

На рис.109 показано согласование линии связи на входе и выходе. Определение величин резисторов R1 и R2 можно выполнить на основе схемы замещения рис.110.

На схеме замещения источник (передатчик) сигнала представлен в виде источника напряжения Uout с выходным сопротивлением Rout, а приемник сигнала представлен входным сопротивлением Rin. как рассматривали ранее в примере при Rout<резистор R1=— Rout и Rin>резистор R2=.

Рис.110. Схема замещения линии связи.

При согласовании на выходе линии и использовании в качестве приемника триггера Шмитта рекомендуется схема согласования, показанная на рис.111.

Особенность работы данной схемы состоит в том, что делитель напряжения R1-R2 на входе передатчика предварительно формирует уровень напряжения, определяемый значениями резисторов R1,R2.

Соотношение между резисторами нужно выбирать исходя из требуемого уровня напряжения, а их общее значение определяется из.

При на входе линии можно выполнять только параллельное согласование в соответствии со схемой замещения рис.112 а.

Рис. 111. Согласование линии на выходе

читывая, что внутреннее сопротивление источника напряжения равно нулю переходим к схеме замещения рис.112б, используя которую получаем выражение для определения величины резистора R1

.

Рис. 112. Согласование линии на входе.

ри таком согласовании обычно напряжение на входе приемника, при высоком напряжении на выходе передатчика, меньше входного напряжения переключения логического элемента.

В этом случае линия работать не будет. Для получения работоспособной линии связи целесообразно в качестве передатчика использовать устройства с малым внутренним сопротивлением или специальные схемы. Рассмотрим использование микросхемы 155ЛП7, иностранный аналог — SN75450В, в качестве передатчика линии связи. В состав микросхемы входят два элемента 2И-НЕ с одним объединенным входом и два транзистора n-p-n проводимости средней мощности. Простейшие схемы применения 155ЛП7 показаны на рис.113.

Рис.113. Использование микросхемы 155ЛП7.

Как видно из рисунка один из вариантов представляет собой эмиттерный повторитель, одно из важнейших свойств которого — это малое значение выходного сопротивления. Для согласования с линией сопротивление в цепи эмиттера берется равным волновому сопротивлению линии Re=Zl. При этом схемотехническом решении в линии получаем сигнал инверсный входному.

Для получения неинвертированного сигнала в линии можно использовать другую схему рис.. В этом случае транзистор используется в качестве насыщенного ключа с коллекторной нагрузкой равной волновому сопротивлению линии Rk=Zl. При большом коэффициенте насыщения транзистора возможно запаздывание сигнала в линии.

Источник

Согласование, экранирование и гальваническая развязка линий связи

Как уже отмечалось, электрические линии связи (витые пары, коаксиальные кабели) требуют проведения специальных мер, без которых невозможна не только безошибочная передача данных, но и вообще любое функционирование сети. Оптоволоконные кабели решают все подобные проблемы автоматически.

Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений. Следует отметить, что в локальных сетях кабель работает в режиме длинной линии даже при минимальных расстояниях между компьютерами, так как скорости передачи информации и частотный спектр сигнала очень велики.

Принцип согласования кабеля прост: на его концах необходимо установить согласующие резисторы (терминаторы) с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого кабеля.

Как уже упоминалось, волновое сопротивление – это параметр данного типа кабеля, зависящий только от его устройства (сечения, количества и формы проводников, толщины и материала изоляции и т.д.). Величина волнового сопротивления обязательно указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50—100 Ом для коаксиального кабеля, до 100—150 Ом для витой пары или плоского многопроводного кабеля. Точное значение волнового сопротивления легко можно измерить с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа как раз по отсутствию искажения формы передаваемого по кабелю импульса. Обычно требуется, чтобы отклонение величины согласующего резистора не превышало 10% в ту или другую сторону.

Если согласующее, нагрузочное сопротивление Rн меньше волнового сопротивления кабеля Rв, то фронт передаваемого прямоугольного импульса на приемном конце будет затянут, если же Rн больше Rв, то на фронте будет колебательный процесс (рис.3.1).

Рис. 3.1. Передача сигналов по электрическому кабелю

Сетевые адаптеры, их приемники и передатчики специально рассчитываются на работу с данным типом кабеля с известным волновым сопротивлением. Поэтому даже при идеально согласованном на концах кабеле, волновое сопротивление которого существенно отличается от стандартного, сеть, скорее всего, работать не будет или будет работать со сбоями.

Здесь же стоит упомянуть о том, что сигналы с пологими фронтами передаются по длинному электрическому кабелю лучше, чем сигналы с крутыми фронтами. Их форма значительно меньше искажается (рис. 3.2). Это связано с разницей величин затухания для разных частот (высокие частоты затухают сильнее). Меньше всего искажается форма синусоидального сигнала, он просто уменьшается по амплитуде. Для улучшения качества передачи нередко используются трапециевидные или колоколообразные импульсы (рис. 3.3), близкие по форме к полуволне синуса, для чего искусственно затягиваются или сглаживаются фронты изначально прямоугольных сигналов.

Рис. 3.2. Затухание сигналов в электрическом кабеле

Рис. 3.3. Трапециевидный и колоколообразный импульсы

Экранирование электрических линий связи применяется для снижения влияния на кабель внешних электромагнитных полей. Экран представляет собой медную или алюминиевую оболочку (плетеную или из фольги), в которую заключаются провода кабеля. Экранирование будет работать, если экран заземлен, поскольку необходимо, чтобы наведенные на него токи стекали на землю. Кроме того, экранирование заметно уменьшает и внешние излучения кабеля, что важно для обеспечения секретности передаваемой информации. Побочными полезными эффектами экранирования являются увеличение прочности кабеля и трудности с механическим подключением к кабелю для подслушивания. Экран заметно повышает не только стоимость кабеля, но также и его механическую прочность.

Снизить влияние наведенных помех можно и без экрана, если использовать дифференциальную передачу сигнала (рис. 3.4). В этом случае передача идет по двум проводам, причем оба провода являются сигнальными. Передатчик формирует противофазные сигналы, а приемник реагирует на разность сигналов в обоих проводах. Условием согласования является равенство сопротивлений согласующих резисторов R половине волнового сопротивления кабеля Rв. Если оба провода имеют одинаковую длину и проложены рядом (в одном кабеле), то помехи действуют на оба провода примерно одинаково, и в результате разностный сигнал между проводами практически не искажается. Именно такая дифференциальная передача применяется обычно в кабелях из витых пар. Но экранирование и в этом случае существенно улучшает помехоустойчивость.

Рис. 3.4. Дифференциальная передача сигналов по витой паре

Гальваническая развязка компьютеров от сети при использовании электрического кабеля совершенно необходима. Дело в том, что по электрическим кабелям (как по сигнальным проводам, так и по экрану) могут идти не только информационные сигналы, но и так называемый выравнивающий ток, возникающий вследствие неидеальности заземления компьютеров.

Когда компьютер не заземлен, на его корпусе образуется наведенный потенциал около 110 вольт переменного тока (половина питающего напряжения). Его можно ощутить на себе, если одной рукой взяться за корпус компьютера, а другой за батарею центрального отопления или за какой-нибудь заземленный прибор.

При автономной работе компьютера отсутствие заземления, как правило, не оказывает серьезного влияния на его работу. Правда, иногда увеличивается количество сбоев в работе машины. Но при соединении нескольких территориально разнесенных компьютеров электрическим кабелем заземление становится серьезной проблемой. Если один из соединяемых компьютеров заземлен, а другой нет, то возможен выход из строя одного из них или обоих. Поэтому компьютеры крайне желательно заземлять.

В случае использования трехконтактной вилки и розетки, в которых есть нулевой провод, это получается автоматически. При двухконтактной вилке и розетке необходимо принимать специальные меры, организовывать заземление отдельным проводом большого сечения. Стоит также отметить, что в случае трехфазной сети желательно обеспечить питание всех компьютеров от одной фазы.

Но проблема осложняется еще и тем, что земля, к которой присоединяются компьютеры, обычно далека от идеала. Теоретически заземляющие провода компьютеров должны сходиться в одной точке, соединенной короткой массивной шиной с зарытым в землю массивным проводником. Такая ситуация возможна только если компьютеры не слишком разнесены, и заземление действительно сделано грамотно. Обычно же заземляющая шина имеет значительную длину, в результате чего стекающие по ней токи создают довольно большую разность потенциалов между ее отдельными точками. Особенно велика эта разность потенциалов в случае подключения к шине мощных и высокочастотных потребителей энергии.

Присоединенные к одной и той же шине, но в разных точках, компьютеры имеют на своих корпусах разные потенциалы (рис. 3.5). В результате по электрическому кабелю, соединяющему компьютеры, потечет выравнивающий ток (переменный с высокочастотными составляющими).

Рис. 3.5. Выравнивающий ток при отсутствии гальванической развязки

Хуже, когда компьютеры подключаются к разным шинам заземления. Выравнивающий ток может достигать в этом случае величины в несколько ампер. Подобные токи смертельно опасны для малосигнальных узлов компьютера. Кроме того выравнивающий ток существенно влияет на передаваемый сигнал, порой полностью забивая его. Даже тогда, когда сигналы передаются без участия экрана (например, по двум проводам, заключенным в экран) вследствие индуктивного действия выравнивающий ток мешает передаче информации. Именно поэтому экран всегда должен быть заземлен только в одной точке.

Однако если каждый из компьютеров самостоятельно заземлен, то заземление экрана в одной точке становится невозможным без гальванической развязки компьютеров от сети. Таким образом не должно быть связи по постоянному току между корпусом (землей) компьютера и экраном (землей) сетевого кабеля. В то же время, информационный сигнал должен передаваться из компьютера в сеть и из сети в компьютер. Для гальванической развязки обычно применяют импульсные трансформаторы, которые входят в состав сетевого оборудования (например, сетевых адаптеров). Трансформатор пропускает высокочастотные информационные сигналы, но обеспечивает полную изоляцию по постоянному току.

Рис. 3.6. Правильное соединение компьютеров сети (гальваническая развязка условно показана в виде прямоугольника)

Грамотное соединение компьютеров локальной сети электрическим кабелем обязательно должно включать в себя следующее (рис. 3.6):

• оконечное согласованиекабеля с помощью терминаторов;
• гальваническую развязку компьютеров от сети;
• заземление каждого компьютера;
• заземление экрана (если, конечно, он есть) водной точке.

Не стоит пренебрегать каким-либо из этих требований. Например, гальваническая развязка сетевых адаптеров часто рассчитывается на допустимое напряжение изоляции всего лишь 100 В, что при отсутствии заземления одного из компьютеров может легко привести к выходу из строя его адаптера.

Следует отметить, что для присоединения коаксиального кабеля обычно применяются разъемы в металлическом корпусе. Этот корпус не должен соединяться ни с корпусом компьютера, ни с землей (на плате адаптера он установлен с пластиковой изоляцией от крепежной планки). Заземление экрана кабеля сети лучше производить не через корпус компьютера, а отдельным специальным проводом, что обеспечивает лучшую надежность. Пластмассовые корпуса разъемов RJ-45 для кабелей с неэкранированными витыми парами снимают эту проблему.

Важно также учитывать, что экран кабеля, заземленный в одной точке, является радиоантенной с заземленным основанием. Он может улавливать и усиливать высокочастотные помехи с длиной волны, кратной его длине. Для снижения этого антенного эффекта применяется многоточечное заземление экрана по высокой частоте. В каждом сетевом адаптере земля сетевого кабеля соединяется с землей компьютера через высоковольтные керамические конденсаторы. Для примера на рис. 3.7 показана упрощенная схема гальванической развязки, применяемая в сетевых адаптерах Ethernet.

Рис. 3.7. Схема гальванической развязки в сети Ethernet

Приемопередатчик напрямую связан с кабелем сети, но гальванически развязан с помощью трансформаторов от компьютера и остальной части сетевого адаптера. Это продиктовано особенностями протокола CSMA/CD и манчестерского кода, применяемых в Ethernet. Для обеспечения полной развязки питание приемопередатчика осуществляется посредством преобразователя питающего напряжения, имеющего внутри также трансформаторную гальваническую развязку. Оплетка коаксиального кабеля соединена с общим проводом компьютера через высоковольтный конденсатор. Параллельно конденсатору включен резистор с большим сопротивлением (1 МОм), который предотвращает электрический удар пользователя при одновременном касании им оплетки кабеля (корпуса разъема) и корпуса компьютера.

В случае применения витых пар все гораздо проще. Каждая витая пара имеет развязывающие импульсные трансформаторы на обоих своих концах. Ни один из проводов витой пары не заземляется (они оба сигнальные). К тому же разъемы для витых пар имеют пластмассовый корпус.

Статьи к прочтению:

Процедура SPA-экранирования Q3 от ESTEL

Похожие статьи:

Основные понятия Компьютерная сеть – совокупность программных и аппаратных средств и среды передачи, служащая для обмена информацией между участниками….

Телекоммуникационная система. Телекоммуникационная система – это совокупность аппаратно и программно совместимого оборудования, соединенного в единую…

Источник

Согласование линий передачи данных на печатной плате

В этом разделе мы обсудим, какие бывают варианты согласования высокочастотных сигналов на печатной плате. Как показано в разделе Волновое сопротивление проводника и передача сигнала , согласование сигналов крайне необходимо практически в любой современной цифровой схеме. И решение этой проблемы возлагается не только на разработчика схемы, но и на конструктора печатной платы. Именно от него зависит, насколько грамотно будут решены все вопросы согласования линий передачи.

Какова должна быть структура печатной платы? В каких слоях разводить критические сигналы, а в каких разместить планы земли и питания? Где должен стоять согласующий резистор? Как он должен быть подключен к выводу микросхемы и к опорному плану? Задача инженера-конструктора — перед началом проектирования платы получить полное описание требований к схемам согласования сигналов и качественно реализовать эти требования при проектировании печатной платы.
Вопросы, поднятые в данной статье, хорошо знакомы разработчикам-схемотехникам, но часто становятся камнем преткновения при взаимодействии с конструктором ПП и приводят к сложностям при необходимости внятно изложить подобные требования в техническом задании на разработку печатной платы. Надеемся, что наша публикация поможет снять эти барьеры.

Виды согласования линий передачи
«Классические» ВЧ-линии передачи данных (рис. 1) согласуются и на стороне источника, и на стороне приемника сигнала (нагрузки) с помощью «терминирующих» резисторов величиной Z (равных по величине характеристическому сопротивлению линии). Как правило, источник и/или приемник имеет соответствующее собственное выходное/входное сопротивление. Хотя эта технология является идеальной и во многих случаях единственно допустимой, она вдвое уменьшает величину принимаемого сигнала. Поэтому большинство аналоговых и цифровых схемных решений использует другой вариант — низкоомный источник и высокоомный приемник сигнала, с согласованием линии только на одном конце, что позволяет сохранить исходный уровень сигнала на приемном конце.

Специалисты по СВЧ-технике часто применяют реактивные компоненты или даже длину проводника как элемент согласования, однако согласование широкополосных аналоговых и цифровых сигналов требует соответствующих резисторов, причем желательно SMD, вследствие их хороших ВЧ-свойств.
Чтобы оптимально использовать терминирующие резисторы, они должны быть подсоединены к опорным планам с посредством «низкоиндуктивной» технологии так, как показано на рис. 2.
На рис. 1 представлены типовые схемы согла сования линий передачи. Классическая схема согласования по-прежнему часто используется для передачи высокоскоростных сигналов, например по бэкплейнам (соединительным панелям).

Последовательное согласование
Если сигнал распространяется только по печатной плате, может быть задействована схема последовательного согласования на передающем конце линии, с выбором такого согласующего резистора, что в последовательном соединении с сопротивлением выхода получится значение, равное Z линии. Преимущество этого метода — в малой потребляемой мощности, и он более всего подходит для линий с одной нагрузкой на удаленном конце. Если по длине линии имеются дополнительные нагрузки, на них может наблюдаться «ложное переключение из-за отраженной волны» и может потребоваться искусственное замедление быстродействия входов для предотвращения ложного срабатывания.

Параллельное согласование
Параллельное согласование (или «шунт») на дальнем конце линии используется в случае, если есть ряд устройств, подключенных на всем протяжении линии передачи, при этом они должны быть очень быстрыми, что может приводить к «случайному переключению».
Согласующий резистор на рис. 1 показан подключенным к плану «земли», но для некоторых семейств микросхем логики это может быть другой опорный план питания (например, положительное питание для семейства ECL). Параллельное согласование ведет к гораздо большему потреблению, а также может чрезмерно нагружать выходы микросхем.
Альтернативные виды параллельного согласования — схема Тевенина и схема RC. Схема Тевенина использует резисторы, параллельное сопротивление которых дает Z, а их значения таковы, что постоянное напряжение в средней точке примерно равно среднему напряжению в линии, чтобы снизить потребление. Схема Тевенина требует корректного выполнения развязки планов питания во всей используемой частотной области, поэтому поблизости от линии следует располагать соответствующие развязывающие конденсаторы.
Схема RC использует, как правило, терминирующий конденсатор величиной от 10 до 620 pF и выполняет согласование только для высоких частот. Вследствие сложностей с применением конденсаторов в широком частотном диапазоне, схемы RC менее эффективны, чем параллельное согласование и согласование по схеме Тевенина.
Схема «активного согласования» использует источник питания для поддержания уровня напряжения на «дополнительном» опорном плане на требуемом уровне, совпадающем со средним значением цифровых сигналов. Параллельный терминирующий резистор подключается к этому плану, который должен быть корректно развязан для заданного частотного диапазона. Электрически эквивалентная схеме Тевенина может уменьшить потребление при использовании источника опорного напряжения, работающего в классе AB (способного как отдавать, так и потреблять ток).

Двунаправленная линия
Если линия передачи двунаправленная, оптимальным местом расположения терминирующего резистора (последовательного или параллельного) является середина линии. Поэтому такие линии должны быть по возможности выполнены как наиболее короткие, они не могут работать на максимальной скорости, на которой способны работать сами микросхемы. Вместо последовательного согласования в середине линии применяются последовательные согласующие резисторы на выходе каждого из возможных передатчиков, но это может не дать хороших результатов с точки зрения целостности сигналов, если только эти линии не очень коротки. Параллельное согласование на обоих концах может дать очень хороший эффект и обеспечивает более высокие скорости передачи, однако передатчики должны быть способны работать на нагрузку с меньшим сопротивлением, к тому же возрастает потребление схемы в целом. Параллельное согласование (или схема Тевенина, или схема активного согласования) на обоих концах используется в последовательных или параллельных шинах данных, таких как SCSI и Ethernet.

Конфигурация «звезда»
Если несколько последовательно-согласованных линий передачи соединены в одну точку «звездой», то:
– либо используют один терминирующий резистор, выбранный так, чтобы общее сопротивление источника было равно параллельной комбинации всех линий, соединенных звездой;
– либо используют согласующий резистор в каждой линии.
Второе решение лучше.
Звездообразная конфигурация может быть использована и для соединения нескольких параллельно-согласованных линий. В любом случае источник должен быть в состоянии работать на параллельную комбинацию сопротивлений всех подключенных линий.
В общем случае лучше выбирать большее значение Z для уменьшения сигнальных токов и снижения излучения от проводников. Многие обычные микросхемы семейств CMOS или TTL не были изначально предназначены для работы на линию передачи и не имеют ни достаточной выходной мощности, ни выходного сопротивления, идентичного для высокого и низкого уровня выходного сигнала. Такие микросхемы в принципе иногда можно использовать, подключая по схеме последовательного согласования, а также по схемам Тевенина, RC-согласования или активного согласования в линиях с высоким импедансом, однако предсказать оптимальное значение импеданса и оптимальную схему включения для каждого вида микросхем практически невозможно.
Тем не менее многие современные микросхемы созданы специально для работы на линию передачи, и широкий спектр доступных устройств типа LVDS и т. п. упрощает задачу формирования синхросигналов (стробов, «клоков») и работы сшинами данных, а также уменьшает сложности с ЭМС. Микросхемы драйверов (передатчиков) для шин данных могут иметь выходное сопротивление 25 Ом — это предоставляет возможность подключать «звездой» четыре отдельных линии с импедансом 100 Ом или шесть линий с импедансом 150 Ом. Некоторые типы драйверов имеют встроенный DC/DC-преобразователь, что позволяет им генерировать удвоенный уровень выходного сигнала относительно стандартного логического уровня и тем самым при подключении в классической схеме согласования обеспечить стандартный уровень сигнала на входе приемника.

Структура слоев печатной платы
В предыдущей статье мы показали, что для критических высокоскоростных сигналов важно расположение рядом с ними опорного плана. Посмотрим, как может выглядеть типовая структура печатной платы с учетом этого требования.
Четырехслойная печатная плата часто имеет следующую структуру:
1) Микрополосковые линии передачи и другие критические сигналы.
2) Опорный план GND.
3) План питания.
4) Некритические сигналы.
Примечание: хорошей практикой для обеспечения ЭМС является повышение взаимной емкости планов «земли» и питания путем минимизации толщины диэлектрика между ними (в данном случае между слоем 2 и 3) до 0,15–0,1 мм, что существенно улучшает показатели развязки схемы по питанию. Однако это требование противоречит сложившейся на сегодняшний день традиционной схеме прессования «фольга-препрег-ядро-препрег-фольга», где толщина препрега не может превышать 0,3 мм. В таком случае при толщине платы 1,6 мм толщина ядра (расстояние между слоем 2 и 3) может быть 1,2, 1,0 или 0,8 мм, не менее. Если уменьшение расстояния между планами питания является критичным, возможно использование структуры «ядро-препрег-ядро», но для современных производств ПП данное решение становится менее технологичным и более дорогим.
Если для реализации схемы нужно больше сигнальных слоев, могут потребоваться дополнительные планы GND. Высокочастотные сигналы, проведенные в соседних слоях, должны быть разведены под углом 90° в одном слое относительно другого. Заметим, что сигналы синхронизации («клок»), высокоскоростные шины данных и другие критические сигналы не должны менять слой при разводке.
Вот один из вариантов структуры восьмислойной платы:
1) План GND.
2) Наиболее критичные сигналы, «смещенные полосковые линии».
3) Наиболее критичные сигналы, «смещенные полосковые линии», разводка выполнена под углом 90° относительно слоя 2 для уменьшения перекрестных наводок.
4) План GND.
5) План питания.
6) Некритические сигналы.
7) Некритические сигналы и некритические «смещенные полосковые линии», разводка выполнена под углом 90° относительно слоя 6 для уменьшения перекрестных наводок.
8) План GND.

Разветвления, отводы и буферизация сигналов
Ранее мы рассматривали линии передачи так, как если бы каждая из них представляла собой отдельное соединение «точка-точка». Необходимо рассмотреть и групповые соединения, например системы шин адреса и данных в схемах памяти, а также случаи, когда несколько плат связаны высокоскоростным соединением, например через соединительную панель (бэкплейн или материнскую плату).
Немаловажным требованием для разводки быстродействующих параллельных шин данных является обеспечение равной длины каждого сигнала в линии с тем, чтобы время распространения всех сигналов шины и сигналов синхронизации от источника до приемника было одинаковым. При непараллельной системе разводки сигналов по плате и получившемся в результате различии в длине трасс применяют технику выравнивания длины проводников «змейкой». В этом случае следует плавно скруглять углы «змейки», чтобы избежать возникновения наводок и паразитных излучений.
Отдельную проблему для согласования представляют разветвления или отводы от линий передачи. Отводом мы называем короткий отросток проводника, который отходит в сторону от основной линией передачи. Например, для массивов микросхем памяти характерная техника разводки состоит в параллельной трассировке шин горизонтально в одном слое, с переходными отверстиями на другой слой и формированием вертикальных отводов для подсоединения к микросхемам массива. Для того чтобы не ухудшить свойства линии передачи, «электрическая длина» отвода (см. пояснение в предыдущей статье) не должна превышать 1/8 длительности фронта сигнала, а лучше — быть существенно меньше этой величины. Не забывайте, что имеется в виду не паспортная, а реальная длительность фронта. Если она неизвестна, рекомендуется считать ее в 4 раза меньшей, чем указанное в паспорте максимальное значение.
Длина отвода, используемая в вычислениях, должна включать также расстояние от конца проводника (то есть точки подсоединения к выводу микросхемы) до центра микросхемы. В тех случаях, когда допустимая длина отвода слишком коротка для реализации традиционной горизонтально-вертикальной системы разводки, применяют разводку «последовательной цепочкой». Разводка цепочкой в общем случае лучше для высокоскоростных сигналов, особенно если все проводники расположены в одном слое. Такая разводка означает, что каждый сигнал шины проходит от источника последовательно через каждый приемник, без отводов. Следует избегать резких изменений направления проводника, используя мягкие изгибы или пологие скосы углов. Такие «цепочечные» системы шин должны заканчиваться параллельной схемой согласования, схемой Тевенина, схемой RC или схемой активного согласования.
Если не удается избежать «электрически длинных» отводов, используют буферизацию сигналов, располагая буферные элементы в непосредственной близости от основной линии передачи. Такая техника часто находит применение в системах с материнскими платами и бэкплейнами, где ряд плат, вставляемых в разъемы на основной плате, работают от одного «клока» и на одной шине данных, как показано на рис. 3. Буферы должны быть расположены на дочерних платах очень близко к разъему, и с ростом скоростей переключения сигналов все более актуальным становится применение специальных видов разъемов, также имеющих заданное волновое сопротивление. Разумеется, если на дочерней плате есть только одна-две микросхемы, подключаемых к шине, можно обойтись без буферов, размещая эти микросхемы максимально близко к разъему.

Буферизация также является хорошим способом для снижения нагрузки в линии передачи. Например, если имеется десять дочерних плат, и на каждой десять микросхем, принимающих один и тот же сигнал, общая емкость нагрузки может достигать 400 пФ. Сигнал и токи возврата имеют очень длинный и разветвленный путь распространения, что повышает вероятность возникновения проблем с ЭМС. Буферизация сигнала на каждой плате снизит эту суммарную емкость до 40 пФ при том, что сигнал и токи возврата от десяти микросхем, расположенных на каждой плате, теперь протекают только по этой плате, тем самым улучшая целостность сигналов и уменьшая проблемы ЭМС.
Для скоростных сигналов, передаваемых по бэкплейну на дочерние платы, важно сохранять единую физическую структуру линии передачи. Так, полосковые линии на дочерних платах должны быть продолжены как полосковые линии на соединительной плате. Если на дочерней плате сигнал распространяется относительно опорного плана питания, при переходе на бэкплейн и далее на другие платы он должен продолжать распространение относительно того же плана. Заметим, что в принципе допускается смена вида линии передачи, при сохранении значения волнового сопротивления, однако это приведет к некоторой деградации в целостности сигнала.
Подключение планов «земли» и планов питания через разъемы должно осуществляться множеством контактов, идеально — по всей длине разъема. Иногда бывает целесообразно подключать к разъему выводы «земли» (возвратного тока), сигналов и планов питания в шахматном порядке, например, GND, сигнал 1, +5 В, сигнал 2, GND, сигнал 3, … и т. д.

Изоляция высокоскоростных областей на соединительных платах
Ранее мы говорили, что высокоскоростные микросхемы должны быть расположены в середине выделенных областей на печатной плате, далеко отстоящих от края платы, от краев опорных планов питания и от разъемов. Система, показанная на рис. 3, предлагает размещать наиболее быстрые микросхемы вблизи разъемов и не учитывает вышеуказанные требования.
Использование такой системы требует выполнения высокочастотного подключения опорных планов на соединительной плате к соответствующим планам на дочерних платах так, чтобы для наиболее высокочастотных составляющих сигнала не возникало разрыва в волновом сопротивлении. В такой ситуации могут помочь экранированные разъемы — их экраны должны состыковываться с ответными частями по окружности на 360°, а также должны быть подсоединенными по всей длине разъема к опорному плану GND как на дочерней плате, так и на соединительной плате. Независимо от того, используется ли экранированный или неэкранированный разъем, для каждого сигнального провода и каждого вывода питания на разъеме должен присутствовать вывод цепи возвратного тока GND и эти выводы должны быть расположены равномерно по всей длине разъема. Разъемы с согласованным импедансом, как правило, уже содержат вывод возвратного тока на каждый сигнальный вывод.
Важно обеспечить расположение высокоскоростных сигналов ближе к середине разъема и не допускать их прохождения близко к краю платы или соединительной платы.

Заключение
Мы рассмотрели типовые схемы согласования высокоскоростных сигналов и шин передачи данных с точки зрения конструирования печатных плат. Были обсуждены варианты трассировки шин данных, возможности буферизации сигналов. Будем рады, если приведенная информация поможет инженерам-схемотехникам во взаимодействии с инженерами-конструкторами печатных плат.

Литература
1. Design Techniques for EMC & Signal Integrity, Eur Ing Keith Armstrong.

Источник

Проектирование и согласования. Сети и системы связи

ВОЛС является универсальной средой передачи информации в отрасли связи, позволяющей передачу информации посредством использования оптических волокон, имеющей целый ряд преимуществ относительно применения привычного медного кабеля. Основными плюсами ВОЛС выступают: высокие показатели пропускной способности канала, доступность передачи на значительные расстояния, широкополосность, безопасность и длительный эксплуатационный срок.

Основные особенности разрешительного процесса

Проектирование и согласование ВОЛС регламентированы строгими нормами, зафиксированными следующей нормативной документацией: ГОСТ Р 21.1101-2009, ГОСТ Р 21.1703-2000, ГОСТ Р 21.406-88, ГОСТ Р 464-79, РП.1311-1-97, ВСН.116-93, ПОТ РО-45-009-2003, ВСН-604-111-87, ОСТН-600-93, ВСН 60-89, СНиП III-42-80. Указанные стандартные положения являются обязательными и, наряду с регламентом эксплуатации установок и правилами безопасности, позволяют монтировать сети, которые могут быть допущены к эксплуатации.

Кроме того, правила проектирования волоконно-оптических линий связи учитывают также необходимость соответствия нормативам и каждого компонента сети. К перечню анализируемых элементов относятся и технические средства, а также оборудование, применяемое для строительства ВОЛС.

Сотрудники «Кабельные системы» имеют допуски и обладают достаточным багажом теоретических знаний и практическим опытом, полученными в ходе реализации большого количества проектов на сетях и объектах операторов связи Российской Федерации с 2008 года.

Компания «Кабельные системы» выполняет проектирование и согласование объектов ВОЛС, монтаж, тестирование и аудит сетей и объектов связи любой сложности. Мы имеем опыт в строительстве и проектировании ВОЛС на объектах для таких операторов как «Ростелеком», «Tele2», «Вымпелком», «Мегафон».

Наша команда быстро и качественно подготовит техническое решение по Вашей задаче, поможет сформировать ТЗ и всегда бесплатно проконсультирует по всем техническим вопросам в проектировании ВОЛС.

Любое проектирование ВОЛС начинается со схемы организации связи и составления технического задания. В случае их отсутствия Вы можете составить их совместно с нашими инженерами. Далее утверждается состав проектной документации и требования по согласованию документации с эксплуатирующими организациями, собственниками земель и помещений, а также необходимость в прохождении государственной экспертизы для выдачи заключений.

Проектная документация раздела СС (сети связи) включает в себя:

1. Общие данные и пояснительная записка:

Документы, содержащие ведомость чертежей проекта, указывающие на нормы и правила, которыми необходимо руководствоваться в ходе выполнения строительно-монтажных работ, ведомости прилагаемых документов и подробное описание строительства объекта с применяемыми материалами;

2. Ситуационная схема:

Визуальная демонстрация зоны проведения строительно-монтажных работ (при необходимости может разбиваться на пусковые комплексы);

3. Структурная схема

Схема, отражающая необходимый объем работ и количество используемых материалов с указанием адресов объектов, строительных длин и участков регенерации.

4. Планы размещения оборудования и стоек аппаратуры в пунктах.

Прокладка кабеля может осуществляться от муфт (мест сварки с другими кабелями) или от оконечных пунктов (технических помещений) внутри зданий с расположенным в них активным и пассивным оборудованием; проектом необходимо предусмотреть место установки телекоммуникационного оборудования, схему его электропитания и заземления. Данные чертежи демонстрируют фасад проектируемых стоек, места их размещения и монтируемого в них оборудования. Также чертежи отражают трассы прокладки кабелей по зданиям и способы их защиты.

5. Крепеж ВОК (Подвес кабеля)

Уличные чертежи и планшеты:

Чертежи, содержащие указания и рекомендации по прокладке кабеля в грунте, канализации или подвесным способом, а также подробные трассы производства работ. Для отображения схем прокладки в грунте используется топосъемка местности, содержащая все инженерные коммуникации, а также рекомендации по месту и способу их пересечения. К ним относятся: места пересечения с силовыми кабелями, газопроводом, водопроводом, канализацией и автомобильными дорогами. В случае прокладки кабеля подвесным способом уличные чертежи должны содержать указания по креплению ВОЛС к существующим или проектируемым конструкциям зданий (опорам освещения).

6. Схемы расшивки кабеля на оптических стойках в пунктах и муфтах:

Рассматривается вопрос волоконно оптических соединений и сварок. Чертежи отражают структуру используемых кабелей (их модульность и ёмкость),а также объемы, последовательность и направления необходимых к производству работ сварок на волоконно-оптических кабелях. От грамотности и доступности чертежей по сварке оптических кабелей зависит как скорость производства работ строительно монтажными бригадами, так и простота в обслуживании ремонтно-эксплуатационной службой.

7. Расчёт проектируемого затухания сигнала в ВОЛС (оптический бюджет сети);

8. Таблицы расчета стрел провиса кабелей (воздушный тип прокладки).

9. Спецификация материалов и оборудования на проектируемую ВОЛС;

10. Сертификаты и декларации соответствия на используемые материалы.

Проектирование волоконно-оптических линий связи силами профессионалов «Кабельные системы» позволит заказчику приобрести:

• целостный проект предстоящих работ, выполненный в полном соответствии с действующими нормами и правилами;
• лицензирование и ввод в эксплуатацию будущей сети;
• услуги по обследованию имеющихся объектов инфраструктуры и фиксирование факта допустимой технической возможности размещения на них ВОЛС и оборудования связи;
• открытие ордера на земельные работы и получение прочих сопутствующих разрешительных документов.

Наши услуги.

«Кабельные системы» оформляет согласование проекта волоконно-оптической линии, а также предлагает к реализации целый ряд комплексных сопутствующих услуг, в числе которых:

Проектирование волоконно-оптических линий связи всегда начинается именно с этого шага. Значение организационных вопросов не должно недооцениваться;

Согласование проекта волоконно-оптического кабеля требует учета координат точек, которые будут соединены, а также возможных вариантов подобного соединения. В ходе реализации данной услуги проводятся мероприятия по согласованию предстоящих работ с собственниками коммуникации

Правила проектирования волоконно-оптических линий связи подразумевают получение разрешительной документации относительно предстоящего монтажа ВОЛС. Данный этап работ обеспечивает право исполнителя на начало строительства объекта

Правила проектирования волоконно-оптических линий связи подразумевает оформление бумаг, передачу пакета на одобрение заказчику и получение заверенной визы о состоявшемся согласовании

Форма результата работ

Правила проектирования волоконно-оптических линий связи подразумевают согласование планируемых действий с администрацией административных образований, управляющими компаниями и иными заинтересованными лицами.

В каждом отдельном случае присутствуют индивидуальные особенности объекта, решением, и достижением результатов, которых занимаются специалисты «Кабельные системы».

Источник