Современная электроника №8/2024

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2024 ми, входящими в один жгут. Подобные отражения и помехи, возникающие в светодинамической системе, означа - ют нарушение эстетического эффекта. Это накладывает ограничения на дли - ну соединительной линии и предъяв - ляет жёсткие требования к помехоу - стойчивости системы, использующей последовательный интерфейс. Помехоустойчивость такой системы зависит от многих факторов: частоты и формы импульсов транслируемого сигнала, времени между изменени - ями уровней (скважности) импуль - сов, удельной ёмкости проводников линии, входящих в жгут, эквивалент - ного сопротивления линии, а также входного сопротивления приёмников сигнала и выходного сопротивления драйверов. Эффекты влияния длинных несо - гласованных линий начинают прояв - ляться, когда времена задержек рас - пространения сигнала вдоль линии и обратно начинают превосходить длительность фронтов нарастания и спада сигнала. Любые несоответствия между эквивалентным сопротивлени - ем линии и входным сопротивлени - ем логического элемента на приём - ной стороне линии или выходного сопротивления драйвера на переда - ющей стороне приводят к многократ - ному отражению сигнала. Типовое значение времён нарастания и спа - да фронтов сигнала для микросхем серии КР1554 составляет менее 5 нс, поэтому эффекты влияния длинных несогласованных линий начинают проявляться при её длине всего пять - десят-шестьдесят сантиметров. Зная характеристики линии переда - чи, такие как полная входная ёмкость и удельная ёмкость на единицу дли - ны, можно вычислить время задерж - ки распространения сигнала по всей длине линии. Типовое значение вре - мени задержки распространения сиг - нала обычно составляет 5–10 нс/м. Если длина соединительной линии достаточно велика и длительность фронтов нарастания и спада сигнала достаточно мала, несоответствие экви - валентного сопротивления линии и входного сопротивления логического КМОП элемента на приёмной стороне создаёт отражение сигнала, амплиту - да которого зависит от мгновенного значения напряжения, приложенно - го ко входу элемента, и коэффициента отражения, который, в свою очередь, зависит от эквивалентного сопротив - ления линии и входного сопротивле - ния входного логического элемента. Поскольку входное сопротивление элементов ИМС серии КР1554 много - кратно превосходит эквивалентное сопротивление линии, выполненной витой парой или экранированным проводником, отражённое напряже - ние на входе приёмника удваивает - ся. Этот отражённый сигнал распро - страняется вдоль линии обратно к передатчику, где он вновь отражает - ся, и процесс повторяется до полного затухания сигнала. Особо подчеркнём, что отражения никак не связаны с частотой импуль - сов транслируемого сигнала, а вызва - ны только большой крутизной фрон - тов транслируемых синхроимпульсов. Для борьбы с отражениями в профес - сиональной схемотехнике, при рабо - те на линии большой длины (100 м и более), используют специальные драй - веры, уменьшающие крутизну фрон - тов транслируемых синхроимпульсов и тем самым исключающие ошибки передачи данных. Для работы на линии относитель - но небольшой длины (от 10 до 100 м) вполне подходят ИМС стандартной логики серии КР1554 (74ACxx). Бла - годаря их высокой нагрузочной спо - собности возможно непосредствен - ное управление нагрузкой, имеющей ёмкостный характер. Сбалансирован - ные (симметричные) вольтамперные выходные (передаточные) характе - ристики элементов этих микросхем позволяют получить практически одинаковые времена фронтов нарас - тания и спада сигнала. Кроме того, для трансляции сигналов в линию и приёма можно использовать мощ - ные буферные элементы на осно - ве триггеров Шмитта, обладающие гистерезисом, минимальное значе - ние которого составляет около 0,9 В при напряжении питания 4,5 В, что создаёт дополнительный запас поме - хоустойчивости. Для компенсации отражённого сиг - нала в данном устройстве используют - ся так называемые интеграторы или интегрирующие RC-цепочки. Необхо - димость в них возникает только при работе на линии длиной более 10 м в условиях повышенного уровня помех. В авторском варианте устройства на линиях длиной до 10 м конденсато - ры, показанные на схемах выходных регистров штриховыми линиями, не использовались. Линия связи при дли - не до 10 м выполняется жгутом из 5 проводников, включая <<Питание «+12 В»>> и <<Общий провод>>. При этом никаких сбоев не наблюдается даже без интегрирующих конденсато - ров. При длине сигнальной линии от 10 до 100 м возрастают перекрёстные помехи, наводимые смежными про - водниками. В таком случае каждую сигнальную линию: «Data», «Clk1» и «Clk2» необходимо выполнить отдель - ной витой парой, а на платах выход - ных регистров установить конденсато - ры, показанные на схеме штриховыми линиями. В таком случае удалённые регистры и гирлянды запитываются от отдельного источника питания напря - жением «+12 В». Схема электрическая принципиальная Светодинамическое устройство (рис. 2) состоит из основной пла - ты контроллера и двух плат удалён - ных регистров, которые подключают - ся к основной плате с помощью трёх линий последовательного интерфейса. Общий проводник (на схеме не пока - зан) также входит в состав соедини - тельной линии и выполняется мно - гожильным проводом сечением не менее 1 мм 2 . Соединительная линия заканчивается 9-контактной вилкой типа DB-9. На печатной плате установ - лен ответный разъём XN1 (на схеме также не показан). Основная плата контроллера содер - жит: схему сброса в исходное состоя - ние на триггере Шмитта DD1.4 и эле - ментах C3-R6-R7; задающий генератор на элементах DD1.1…DD1.3; схему фор - мирования импульсов синхронизации DD6.1, DD4.2…DD4.4, DD7.1, DD7.2; адрес - ный счётчик DD6.2 выборки мульти - плексора DD9 и счётчики DD2.2, DD3.2, DD5.1, DD5.2 адресации ИМС ЭСППЗУ DD8; светодиодную линейку индика - ции номера страницы памяти (HL1… HL4, зелёного цвета), индикатор воз - растания-убывания яркости (HL5, жёл - того цвета), а также индикатор номе - ра светодинамического эффекта (HL6, красного цвета). Для контроля рабо - тоспособности устройства на основ - ной плате установлены регистры DD11, DD12 и светодиодная линей - ка HL7…HL22. Для трансляции сиг - налов в качестве драйверов исполь - зованы мощные буферные элементы на основе триггеров Шмитта типа КР1554ТЛ2 (74AC14). В качестве ИМС памяти можно использовать не толь -