ФГУП «Российский федеральный ядерный центр –
Всероссийский научно-исследовательский институт
экспериментальной физики»
С. Н. Гончаров А. П. Мартынов, А. В. Новиков,
Н. А. Прудкой, В. Н. Фомченко
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Учебно-методическое пособие
Саров
2013
Стр.2
УДК 621.391.82.016.35
ББК 32.81
О-13
Гончаров, С. Н., Мартынов, А. П., Новиков, А. В., Прудкой,
Н. А., Фомченко, В. Н.
О-13 Обеспечение помехоустойчивости цифровых устройств. –
Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013. – 113 с. – ил.
ISBN 978-5-9515-0218-6
Рассмотрены характеристики электромагнитных помех, механизмы
и каналы их воздействия на цифровые устройства, критерии помехоустойчивости,
помехозащищенные каналы связи. Представлены схемотехнические
и конструкторские способы повышения помехоустойчивости
цифровых устройств, расчетно-теоретические и экспериментальные методы
оценок.
Пособие рассчитано на широкий круг инженерно-технических работников
в области радиоэлектроники и электросвязи, а также для студентов,
аспирантов и научных сотрудников радиотехнических специальностей.
УДК 621.391.82.016.35
ББК 32.81
ISBN 978-5-9515-0218-6
© ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013
Стр.3
3
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Глава 1. Характеристика электромагнитных помех . . . . . . 5
1.1. Электромагнитная обстановка. Методы описания . . . . 5
1.2. Источники переходных помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3. Источники регулярных помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4. Многорежимные источники помех . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5. Типовые характеристики помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Глава 2. Механизмы воздействия помех на цифровые
устройства. Критерии стойкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Глава 3. Способы повышения помехоустойчивости. . . . . . . 39
3.1. Схемотехническое направление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2. Конструкторское направление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Глава 4. Помехозащищенные каналы связи . . . . . . . . . . . . . 51
Глава 5. Проектирование помехоустойчивых устройств . . 68
5.1. Расчетно-теоретические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2. Экспериментальные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Стр.4
109
Современные цифровые системы отличаются большим разнообразием
по функциональному назначению, типу, комплектации,
элементной базе, конструктивному оформлению и условиям эксплуатации,
включая помеховую обстановку в конкретном месте
установки. Указанная ситуация определяет наличие множества
возможных вариантов систем защиты от внешних помех, отличающихся
совокупностью используемых способов повышения помехоустойчивости,
защитных элементов, системотехнических и схемотехнических
решений. Оптимальный вариант системы защиты выбирается
в каждом конкретном случае компромиссным путем,
исходя из технико-экономического сравнения возможных вариантов.
При этом необходимо учитывать, что при защите цифрового
устройства от ложного переключения только подавлением уровня
наводимых помех перекрытию подлежат все возможные каналы
проникновения помех к его чувствительным элементам, а подавление
осуществляется до уровня, не превышающего их пороги переключения.
В этом случае защите подвергается весь объем цифрового
устройства с использованием схемотехнических и конструкторских
мер, что требует повышенных материальных затрат и представляется
малооправданным особенно при ограниченном количестве чувствительных
элементов, даже если они распределены по всему объему
устройства.
Снижение чувствительности к наводимым помехам элементов
и устройств позволяет ослабить требования к степени подавления
помех, но не изменяет ситуацию в целом.
При дублировании совокупности ячеек памяти помехоустойчивым
запоминающим устройством требуется использование специальных
быстродействующих датчиков помех, уменьшение инерционности
запоминающего устройства, содержащего кроме запоминающих
элементов разветвленную систему электронного обрамления,
и гарантированное сохранение состояния ячеек памяти на
время записи информации в запоминающее устройство.
Дублирование каждой ячейки памяти отдельным запоминающим
элементом позволяет снизить требование к степени подавления
помех до уровня, обеспечивающего только отсутствие отказов
Стр.110
110
элементов, и исключает необходимость введения в состав цифрового
устройства специального запоминающего устройства с датчиками
помех, что создает предпосылки для уменьшения габаритов
и улучшения других технических характеристик помехоустойчивой
электронной аппаратуры.
Однако дублирование ячеек памяти пассивными запоминающими
элементами вызывает необходимость целенаправленного
изменения традиционной структуры триггерных и других последовательностных
устройств с учетом необходимости исключения отрицательного
влияния запоминающих элементов на их функционирование
при отсутствии внешних помех.
Стр.111
111
Список литературы
1. Кравченко В. И., Болотов Е. А., Летунова Н. И. Радиоэлектронные
средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио
и связь, 1987.
2. Антипин В. В., Годовицын В. А., Громов Д. В. и др. Влияние
мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые
приборы и интегральные микросхемы // Зарубежная радиоэлектроника.
1995, № 1. С. 37–53.
3. Мальцев П. П., Долидзе Н. С., Критенко М. И. и др. Цифровые
интегральные микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1994.
4. Черепанов В. П., Хрулев А. К., Блудов И. П. Электронные
приборы для защиты РЭА от электрических перегрузок: Справочник.
М.: Радио и связь, 1994.
5. Мырова Л. О., Чепиженко А. З. Обеспечение стойкости аппаратуры
связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям.
М.: Радио и связь, 1988.
6. Гурвич И. С. Защита электронных вычислительных машин
от внешних помех. М.: Энергия, 1975.
7. Шишкин Г. И. Обеспечение помехоустойчивости цифровых
систем: Монография. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2004.
8. Шишкин Г. И., Гончаров С. Н. Функциональные устройства
цифровых систем. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2011.
9. Шляпоберский В. И. Основы техники передачи дискретных
сообщений. М.: Связь,1973.
10. Ильин В. А. Телеуправление и телеизмерение: Учебное пособие
для вузов. М.: Энергоиздат, 1982.
11. Кузьмин И. В., Кедрус В. А. Основы теории информации
и кодирования. Киев: Вища школа.,1986.
12. Куликов Ю. П., Пушкин В. М., Скворцов Г. И. и др. Основы
передачи дискретных сообщений: Учебник для вузов / Под ред.
В. М. Пушкина. М.: Радио и связь, 1992.
Стр.112
112
13. Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и
практическое применение: Пер. с англ. М.: Издательский дом
«Вильямс», 2003.
14. Шваб А. Электромагнитная совместимость: Пер. с нем. М.:
Энергоатомиздат, 1998.
15. Михайлов М. И., Разумов Л. Д., Соколов С. А. Электромагнитные
влияния на сооружения связи. М.: Связь, 1979.
16. Tesche F. M. Topological Concepts for Internal EMP Interaction//
IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1978, Vol. AP-26, No 1.
P. 60−67.
17. EMP Interaction; Principles, Techniques and Reference Data. A
Handbook of Technology from the EMP Interaction notes. By Hemisphere
Publishing Company, 1987.
18. Рикетс Л. У., Бриджес Д. О., Майлетта Дж. Электромагнитный
импульс и методы защиты. М.: Атомиздат, 1979.
19. Венс Э. Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные
кабели. М.: Радио и связь, 1982.
20. Барнс Дж. Электронное конструирование: методы борьбы с
помехами. М.: Мир, 1990.
Стр.113
Гончаров Сергей Николаевич, Мартынов Александр Петрович,
Новиков Андрей Владимирович, Прудкой Николай Александрович,
Фомченко Виктор Николаевич
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Учебно-методическое пособие
Редактор Н. П. Мишкина
Компьютерная подготовка оригинала-макета Н. В. Мишкина
_________________________________________________
Подписано в печать 22.02.2013. Формат 60×84/16
Печать офсетная. Усл. печ. л. ~6,4 Уч.-изд. л. ~6,3
Тираж 300 экз. Зак. тип. 218-2013
_________________________________________________
Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»
607188, г. Саров Нижегородской обл., ул. Силкина, 23
Стр.114