В настоящее время тактовая частота электронных систем составляет несколько сотен мегагерц, передние и задние фронты используемых импульсов находятся в субнаносекундном диапазоне, а также используются высококачественные видеосхемы для субнаносекундных пикселей. Эти более высокие скорости обработки представляют собой постоянные проблемы в инженерии. Так что, как предотвратить и решить проблему электромагнитных помех разъема, заслуживает нашего внимания.
Скорость колебаний в цепи увеличивается (время нарастания / спада), амплитуда напряжения / тока становится больше, и проблема усугубляется. Поэтому сегодня решить проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) сложнее, чем раньше.
Перед двумя узлами схемы быстро меняющийся импульсный ток представляет собой так называемый источник шума дифференциального режима. Электромагнитное поле вокруг схемы может взаимодействовать с другими компонентами и проникать в соединительную часть. Шум с индуктивной или емкостной связью - это синфазная помеха. Токи радиопомех совпадают друг с другом, и система может быть смоделирована как: состоящая из источника шума," цепи жертвы" или" приемник" и шлейф (обычно объединительная плата). Для описания размера помехи используются несколько факторов: интенсивность источника шума, размер области вокруг тока помехи и скорость изменения.
Таким образом, хотя существует вероятность нежелательных помех в цепи, шум почти всегда является коподельным. После подключения кабеля между разъемом ввода / вывода (I / O) и шасси или заземляющей панелью при появлении некоторого высокочастотного напряжения нескольких миллиампер радиочастотного тока может быть достаточно, чтобы превысить допустимый уровень излучения.
Связь и распространение шума
Синфазный шум вызван необоснованной конструкцией. Некоторые типичные причины заключаются в том, что длины отдельных проводов в разных парах различаются или расстояния до плоскости питания или шасси различаются. Другой причиной являются дефекты компонентов, таких как катушки магнитной индукции и трансформаторы, конденсаторы и активные устройства (например, применение специальных интегральных схем (ASIC)).
Магнитные компоненты, особенно так называемый дроссель с железным сердечником" индукторы накопителя энергии, используются в преобразователях энергии и всегда генерируют электромагнитные поля. Воздушный зазор в магнитной цепи эквивалентен большому сопротивлению в последовательной цепи, где потребляется больше энергии. В результате дроссельная катушка с железным сердечником наматывается на ферритовый стержень для создания сильного электромагнитного поля вокруг стержня, и самая большая напряженность поля находится около электрода. В импульсном источнике питания, использующем обратную структуру, на трансформаторе должен быть зазор с сильным магнитным полем между ними. Наиболее подходящим элементом для поддержания магнитного поля является спиральная трубка, так что электромагнитное поле распределяется по длине сердечника трубки. Это одна из причин, почему спиральная структура предпочтительна для магнитных элементов, работающих на высоких частотах.
Несоответствующие схемы развязки также часто становятся источниками помех. Если для схемы требуется большой импульсный ток и необходимость в небольшой емкости или очень высоком внутреннем сопротивлении не может быть гарантирована во время частичной развязки, напряжение, генерируемое силовой цепью, будет падать. Это эквивалентно пульсации или быстрому изменению напряжения между клеммами. Из-за паразитной емкости корпуса помехи могут возникать в других цепях, вызывая синфазные проблемы.
Когда синфазный ток загрязняет схему интерфейса ввода-вывода, проблема должна быть решена до прохождения через разъем. Разным приложениям предлагается использовать разные методы для решения этой проблемы. В видеосхеме сигналы ввода / вывода являются несимметричными и имеют общий контур. Чтобы решить эту проблему, используйте небольшой LC-фильтр, чтобы отфильтровать шум. В низкочастотной последовательной интерфейсной сети некоторой паразитной емкости достаточно, чтобы шунтировать шум на нижнюю плату. Интерфейсы с дифференциальным управлением, такие как Ethernet, обычно подключаются к области ввода-вывода через трансформатор, а связь обеспечивается центральными ответвителями на одной или обеих сторонах трансформатора. Эти центральные отводы подключены к нижней пластине через высоковольтный конденсатор для шунтирования синфазного шума на нижнюю пластину, чтобы сигнал не искажался.
Синфазный шум в области ввода / вывода
Не существует универсального решения для решения всех типов проблем интерфейса ввода-вывода. Основная цель дизайнеров - правильно спроектировать схему, и они часто упускают из виду некоторые детали, которые считаются простыми. Некоторые основные правила могут минимизировать шум до того, как он достигнет разъема:
1) Установите развязывающий конденсатор близко к нагрузке.
2) Размер петли быстро меняющегося импульсного тока переднего и заднего фронтов должен быть наименьшим.
3) Держите сильноточные устройства (например, драйверы и ASIC) подальше от портов ввода-вывода.
4) Измерьте целостность сигнала, чтобы гарантировать минимальные выбросы и недопустимые выбросы, особенно для критических сигналов с большими токами (таких как часы и шины).
5) Используйте локальную фильтрацию, например ферритовую радиочастоту, для поглощения радиопомех.
6) Обеспечьте соединение внахлестку с низким сопротивлением к основной плате или ссылку в области ввода-вывода на основной плате. ВЧ шум и разъемы
Даже если инженеры предпримут многие из перечисленных выше мер предосторожности для уменьшения радиочастотного шума в области ввода-вывода, нет гарантии, что эти меры будут достаточно успешными для удовлетворения требований к излучению. Некоторый шум - это кондуктивные помехи, то есть ток синфазного сигнала течет по внутренней печатной плате. Источник этих помех находится между объединительной платой и схемой. Следовательно, этот ВЧ-ток должен протекать по пути с наименьшим импедансом (между нижней пластиной и линией, несущей сигнал). Если соединитель не имеет достаточно низкого импеданса (в перекрытии с базовой пластиной), ВЧ-ток протекает через паразитную емкость. Когда этот высокочастотный ток течет по кабелю, неизбежно возникает излучение.
Еще один механизм подачи синфазного тока в область ввода-вывода - это подключение расположенных поблизости источников сильных помех. Даже некоторые экранированные GG quot; разъемы бесполезны, потому что источник помех находится рядом с разъемом, например, среда ПК. Если между разъемом и объединительной платой есть зазор, индуцированное здесь высокочастотное напряжение может ухудшить характеристики ЭМС.
Существуют методы экранирования разъемов, добавления язычков для пальцев или прокладок. Перекрытие разъема должно заполнить зазор между разъемом и корпусом. Для этого метода требуется лайнер. Металлические прокладки лучше, если с ними обращаться должным образом, то есть пока поверхность не загрязнена, пока руки не касаются прокладки и не повреждают ее, и пока давление достаточно для поддержания хорошего, низкого давления. -импедансный контакт.
Другой способ - установить разъем на разъем или установить разъем на корпус. В это время максимальная контактная поверхность немного меньше, а размер и эластичность язычков следует строго контролировать. При установке экранированного разъема сделайте отверстие в корпусе и удалите масло со стороны отверстия. Осторожно сделайте это. Если допуск не соответствует требованиям, соединитель окажется слишком глубоко в корпусе, и перекрытие будет прервано. Каждый инженер EMC знает, что в" отличном" системы, этот выпуск должен соответствовать требованиям к запуску и своевременно проверяться на производственной линии. Незакрепленные или погнутые прокладки, установленные на масле в критических местах, выйдут из строя.
Разъем EMI был выбран по следующим причинам:
1) Токопроводящий вспененный пластик очень мягкий и может размещаться по всей окружности соединителя. Это устраняет проблемы, связанные с другим корпусом и прокладкой.
2) Инженер-механик может установить разъем в допустимом диапазоне допусков для системного шасси.
3) Разъем и шасси соединены с низким импедансом для обеспечения хорошего контакта. Подкладка на внутренней стороне стенки шкафа может быть изготовлена из более мягких материалов, если требуется окраска и требуется маскировка.
4) Для конструкций, требующих принудительного охлаждения, желательно, чтобы прокладка имела еще одну особенность: шов между соединителем и стенкой корпуса должен быть герметичным, чтобы уменьшить утечку воздуха. В пыльной среде прокладка должна поддерживать чистоту системы.
