Obecnie częstotliwość taktowania systemów elektronicznych wynosi kilkaset megaherców, krawędzie natarcia i spływu stosowanych impulsów mieszczą się w zakresie poniżej nanosekundy, a wysokiej jakości obwody wideo są również wykorzystywane do szybkości pikseli poniżej nanosekundy. Te wyższe prędkości przetwarzania stanowią nieustanne wyzwania w inżynierii. Warto więc zwrócić uwagę na to, jak zapobiegać i rozwiązywać problem zakłóceń elektromagnetycznych złączy.
Szybkość oscylacji w obwodzie staje się szybsza (czas narastania/opadania), amplituda napięcia/prądu rośnie, a problem narasta. Dlatego dziś trudniej jest rozwiązać problem kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) niż wcześniej.
Przed dwoma węzłami obwodu szybko zmieniający się prąd impulsowy reprezentuje tak zwane źródło szumu w trybie różnicowym. Pole elektromagnetyczne wokół obwodu może łączyć się z innymi komponentami i naruszać część łączącą. Szum sprzężony indukcyjnie lub pojemnościowo jest interferencją typu wspólnego. Prądy zakłócające o częstotliwości radiowej są takie same, a system można modelować jako: złożony ze źródła szumu,&„obwodu ofiary &”; lub"odbiornik" i pętla (zwykle płyta montażowa). Do opisania wielkości zakłóceń wykorzystuje się kilka czynników: intensywność źródła szumu, wielkość obszaru wokół prądu zakłócającego i szybkość zmian.
Tak więc, chociaż istnieje możliwość niepożądanych zakłóceń w obwodzie, szum prawie zawsze jest współmodelowy. Po podłączeniu kabla między złączem wejścia/wyjścia (I/O) a obudową lub płaszczyzną uziemienia, gdy pojawi się napięcie RF, kilka miliamperów prądu RF może wystarczyć do przekroczenia dopuszczalnego poziomu emisji.
Sprzężenie i propagacja hałasu
Szum w trybie wspólnym jest spowodowany nierozsądną konstrukcją. Niektóre typowe przyczyny to różne długości poszczególnych przewodów w różnych parach lub różne odległości od płaszczyzny zasilania lub obudowy. Innym powodem są wady podzespołów, takich jak cewki i transformatory indukcyjne magnetyczne, kondensatory i urządzenia aktywne (np. zastosowanie specjalnych układów scalonych (ASIC)).
Elementy magnetyczne, zwłaszcza tzw. typu cewki indukcyjne magazynujące energię, są stosowane w przekształtnikach mocy i zawsze generują pola elektromagnetyczne. Szczelina powietrzna w obwodzie magnetycznym odpowiada dużej rezystancji w obwodzie szeregowym, w którym zużywa się więcej energii. W rezultacie cewka dławika z żelaznym rdzeniem jest nawinięta na pręt ferrytowy, aby wytworzyć silne pole elektromagnetyczne wokół pręta, a najsilniejsze pole występuje w pobliżu elektrody. W zasilaczu impulsowym wykorzystującym strukturę retrace, musi istnieć przerwa na transformatorze z silnym polem magnetycznym pomiędzy nimi. Najodpowiedniejszym elementem do utrzymania pola magnetycznego jest rurka spiralna, dzięki której pole elektromagnetyczne jest rozprowadzane na całej długości rdzenia rurki. Jest to jeden z powodów, dla których struktura spiralna jest preferowana w przypadku elementów magnetycznych działających przy wysokich częstotliwościach.
Nieodpowiednie obwody odsprzęgające również często stają się źródłami zakłóceń. Jeżeli obwód wymaga dużego prądu impulsowego, a potrzeba małej pojemności lub bardzo wysokiej rezystancji wewnętrznej nie może być zagwarantowana podczas częściowego odsprzęgania, napięcie generowane przez obwód mocy spadnie. Jest to równoważne tętnieniu lub szybkim zmianom napięcia między zaciskami. Ze względu na rozproszoną pojemność pakietu zakłócenia mogą łączyć się z innymi obwodami, powodując problemy z trybem wspólnym.
Gdy prąd w trybie wspólnym zanieczyszcza obwód interfejsu we/wy, problem musi zostać rozwiązany przed przejściem przez złącze. Sugeruje się, że różne aplikacje stosują różne metody rozwiązania tego problemu. W obwodzie wideo sygnały wejścia/wyjścia są niesymetryczne i dzielą tę samą wspólną pętlę. Aby to rozwiązać, użyj małego filtra LC, aby odfiltrować szum. W sieci z interfejsami szeregowymi o niskiej częstotliwości pewna ilość rozproszonej pojemności jest wystarczająca do przetoczenia szumu do dolnej płyty. Interfejsy sterowane różnicowo, takie jak Ethernet, są zwykle połączone z obszarem we/wy przez transformator, a sprzężenie zapewniają środkowe odczepy po jednej lub obu stronach transformatora. Te środkowe odczepy są połączone z dolną płytą za pomocą kondensatora wysokonapięciowego, aby przepuścić szumy trybu wspólnego do dolnej płytki, aby sygnał nie był zniekształcony.
Szum w trybie wspólnym w obszarze we/wy
Nie ma uniwersalnego rozwiązania, które rozwiąże wszystkie rodzaje problemów związanych z interfejsami we/wy. Głównym celem projektantów jest dobre zaprojektowanie obwodu i często pomijają pewne szczegóły, które są uważane za proste. Niektóre podstawowe zasady mogą zminimalizować hałas, zanim dotrze do złącza:
1) Ustaw kondensator odsprzęgający blisko obciążenia.
2) Wielkość pętli szybko zmieniającego się prądu pulsacyjnego przedniej i tylnej krawędzi powinna być najmniejsza.
3) Trzymaj urządzenia wysokoprądowe (tj. sterowniki i układy ASIC) z dala od portów I/O.
4) Zmierz integralność sygnału, aby zapewnić minimalne przeregulowanie i niedoregulowanie, szczególnie w przypadku krytycznych sygnałów o dużych prądach (takich jak zegary i szyny).
5) Użyj lokalnego filtrowania, takiego jak ferryt RF, aby zaabsorbować zakłócenia RF.
6) Zapewnij niskoimpedancyjne połączenie zakładkowe z listwą przypodłogową lub odniesieniem w obszarze we/wy na listwie przypodłogowej. Szum RF i złącza
Nawet jeśli inżynierowie podejmą wiele z wymienionych powyżej środków ostrożności, aby zredukować szum RF w obszarze we/wy, nie ma gwarancji, że te środki ostrożności będą wystarczająco skuteczne, aby spełnić wymagania dotyczące emisji. Niektóre szumy to zakłócenia przewodzone, to znaczy prąd wspólny płynie na wewnętrznej płytce drukowanej. Źródłem tych zakłóceń jest płyta montażowa i obwód. Dlatego ten prąd RF musi płynąć ścieżką o najniższej impedancji (między płytą dolną a linią przenoszącą sygnał). Jeśli złącze nie wykazuje wystarczająco niskiej impedancji (na założeniu z płytą podstawy), prąd RF przepływa przez pojemność błądzącą. Kiedy ten prąd RF przepływa przez kabel, nieuchronnie nastąpi emisja.
Innym mechanizmem wprowadzania prądu wspólnego do obszaru we/wy jest sprzężenie pobliskich źródeł silnych zakłóceń. Nawet niektóre"ekranowane" złącza są bezużyteczne, ponieważ źródło zakłóceń znajduje się w pobliżu złącza, na przykład w środowisku PC. Jeśli istnieje przerwa między złączem a płytą montażową, indukowane w tym miejscu napięcie RF może pogorszyć wydajność EMC.
Istnieją sposoby na ekranowanie złączy, dodawanie listew palcowych lub uszczelek. Zakładka łącznika ma na celu wypełnienie szczeliny pomiędzy łącznikiem a obudową. Ta metoda wymaga wkładki. Uszczelki metalowe są lepsze, o ile są odpowiednio obsługiwane, to znaczy dopóki ich powierzchnia nie jest zanieczyszczona, dopóki ręce nie dotykają lub nie uszkadzają uszczelki oraz dopóki ciśnienie jest wystarczające do utrzymania dobrego, niskiego -kontakt impedancyjny.
Inną metodą jest zainstalowanie złącza na złączu lub zainstalowanie złącza na obudowie. W tym czasie maksymalna powierzchnia styku jest nieco mniejsza, a wielkość i elastyczność wypustek należy ściśle kontrolować. Podczas montażu złącza ekranowanego należy wykonać otwór w obudowie i usunąć olej z boku otworu. Zrób to ostrożnie. Jeśli tolerancja nie jest odpowiednia, łącznik zagłębi się zbyt głęboko w obudowie i zakładka zostanie przerwana. Każdy inżynier EMC wie, że w"doskonałe" system, ten problem musi spełniać wymagania uruchomienia i być sprawdzany na czas na linii produkcyjnej. Niezamocowane lub wygięte uszczelki, zainstalowane na oleju w krytycznych obszarach, ulegną awarii.
Złącze EMI zostało wybrane z następujących powodów:
1) Przewodzące tworzywo piankowe jest niezwykle miękkie i można je układać na całym obwodzie złącza. Eliminuje to problemy związane z drugą obudową i uszczelką.
2) Inżynier mechanik może zainstalować złącze w dopuszczalnym zakresie tolerancji obudowy systemu.
3) Złącze i obudowa są połączone z niską impedancją, aby zapewnić dobry kontakt. Wykładzina po wewnętrznej stronie ścianki szafki może być wykonana z bardziej miękkich materiałów, gdy jest wymagana do pomalowania i wymaga maskowania.
4) W przypadku projektów wymagających wymuszonego chłodzenia uszczelka powinna mieć jeszcze jedną cechę: szew pomiędzy łącznikiem a ścianą obudowy powinien być uszczelniony w celu zmniejszenia przecieków powietrza. W zakurzonym środowisku uszczelka powinna pomagać w utrzymaniu systemu w czystości.
