Nykyään elektronisten järjestelmien kellotaajuus on useita satoja megahertsejä, käytettävien pulssien etureunat ja takareunat ovat nanosekuntia pienemmällä alueella, ja laadukkaita videopiirejä käytetään myös nanosekuntia pienemmille pikselinopeuksille. Nämä korkeammat käsittelynopeudet ovat jatkuvia haasteita suunnittelussa. Joten kuinka estää ja ratkaista liittimen sähkömagneettisten häiriöiden ongelma, on huomiomme arvoinen.
Piirin värähtelynopeus nopeutuu (nousu-/laskuaika), jännitteen/virran amplitudi kasvaa ja ongelma kasvaa. Siksi sähkömagneettista yhteensopivuutta (EMC) on nykyään vaikeampi ratkaista kuin ennen.
Ennen kahta piirin solmua nopeasti muuttuva pulssivirta edustaa ns. differentiaalimoodin kohinalähdettä. Piirin ympärillä oleva sähkömagneettinen kenttä voi kytkeytyä muihin komponentteihin ja tunkeutua liitäntäosaan. Induktiivisesti tai kapasitiivisesti kytketty kohina on yleismuotoinen häiriö. Radiotaajuiset häiriövirrat ovat samat, ja järjestelmä voidaan mallintaa seuraavasti: koostuu kohinalähteestä,"uhripiiristä" tai"vastaanotin" ja silmukka (yleensä taustalevy). Häiriön suuruutta kuvaamaan käytetään useita tekijöitä: kohinalähteen intensiteetti, häiriövirran ympärillä olevan alueen koko ja muutosnopeus.
Siten, vaikka piirissä on ei-toivottujen häiriöiden mahdollisuus, kohina on melkein aina samanlaista. Kun kaapeli on kytketty tulo/lähtöliittimen (I/O) ja rungon tai maatason väliin, kun RF-jännitettä ilmaantuu, muutama milliampeeri RF-virta voi riittää ylittämään sallitun säteilytason.
Melun kytkeytyminen ja leviäminen
Yhteisen tilan kohina johtuu järjettömästä suunnittelusta. Joitakin tyypillisiä syitä ovat se, että yksittäisten johtojen pituudet eri pareissa ovat erilaiset tai etäisyydet voimatasoon tai alustaan ovat erilaiset. Toinen syy on komponenttien viat, kuten magneettiset induktiokäämit ja muuntajat, kondensaattorit ja aktiiviset laitteet (kuten erityisten integroitujen piirien (ASIC) käyttö).
Magneettiset komponentit, erityisesti ns."rautaydinkuristin" tyyppisiä energiaa varastoivia keloja, käytetään tehomuuntimissa ja ne tuottavat aina sähkömagneettisia kenttiä. Magneettipiirin ilmarako vastaa suurta vastusta sarjapiirissä, jossa kuluu enemmän tehoa. Seurauksena on, että rautasydäminen kuristinkäämi kierretään ferriittitankoon luomaan vahva sähkömagneettinen kenttä sauvan ympärille, ja vahvin kentänvoimakkuus on lähellä elektrodia. Hakkuriteholähteessä, jossa käytetään paluurakennetta, muuntajassa tulee olla rako, jonka välissä on voimakas magneettikenttä. Sopivin elementti magneettikentän ylläpitämiseksi on spiraaliputki, jolloin sähkömagneettinen kenttä jakautuu putken ytimen pituudelle. Tämä on yksi syistä, miksi spiraalirakennetta suositaan korkeilla taajuuksilla toimivissa magneettielementeissä.
Myös sopimattomat erotuspiirit tulevat usein häiriölähteiksi. Jos piiri vaatii suurta pulssivirtaa ja pienen kapasitanssin tai erittäin suuren sisäisen resistanssin tarvetta ei voida taata osittaisen erotuksen aikana, tehopiirin tuottama jännite laskee. Tämä vastaa aaltoilua tai nopeita jännitteen muutoksia napojen välillä. Pakkauksen hajakapasitanssista johtuen häiriöt voivat kytkeytyä muihin piireihin, mikä aiheuttaa yhteistilan ongelmia.
Kun yhteismuotoinen virta saastuttaa I/O-liitäntäpiirin, ongelma on ratkaistava ennen kuin se kulkee liittimen läpi. Eri sovelluksia suositellaan käyttämään erilaisia menetelmiä tämän ongelman ratkaisemiseksi. Videopiirissä I/O-signaalit ovat yksipäisiä ja jakavat saman yhteisen silmukan. Ratkaise se käyttämällä pientä LC-suodatinta suodattamaan melu. Matalataajuisessa sarjaliitäntäverkossa jonkin verran hajakapasitanssia riittää ohjaamaan kohinan pohjalevyyn. Differentiaalisesti ohjatut liitännät, kuten Ethernet, on yleensä kytketty I/O-alueelle muuntajan kautta, ja kytkentä saadaan aikaan muuntajan toisella tai molemmilla puolilla olevilla keskiliitännöillä. Nämä keskihanat on kytketty pohjalevyyn suurjännitekondensaattorin kautta yhteismoodin häiriön ohjaamiseksi pohjalevyyn, jotta signaali ei vääristy.
Yhteisen tilan kohina I/O-alueella
Ei ole olemassa universaalia ratkaisua kaikentyyppisten I/O-liitäntäongelmien ratkaisemiseen. Suunnittelijoiden päätavoite on suunnitella piiri hyvin, ja usein he jättävät huomiotta joitain yksinkertaisina pidettyjä yksityiskohtia. Jotkut perussäännöt voivat minimoida melun ennen kuin se saavuttaa liittimen:
1) Aseta erotuskondensaattori lähelle kuormaa.
2) Etu- ja takareunojen nopeasti muuttuvan pulssivirran silmukkakoon tulee olla pienin.
3) Pidä korkeavirtalaitteet (eli ohjaimet ja ASIC:t) poissa I/O-porteista.
4) Mittaa signaalin eheys varmistaaksesi minimiylityksen ja aliarvon, erityisesti kriittisillä signaaleilla, joilla on suuria virtoja (kuten kellot ja väylät).
5) Käytä paikallista suodatusta, kuten RF-ferriittiä, RF-häiriöiden vaimentamiseen.
6) Järjestä matalaimpedanssinen kiertoliitäntä jalkalistaan tai referenssi jalkalevyn I/O-alueelle. RF-kohina ja liittimet
Vaikka insinöörit ryhtyisivät moniin yllä luetelluista varotoimenpiteistä vähentääkseen RF-kohinaa I/O-alueella, ei ole takeita siitä, että nämä varotoimet onnistuvat riittävän hyvin päästövaatimusten täyttämiseksi. Osa kohinasta on johdettua interferenssiä eli yhteismoodivirtaa kulkee sisäisellä piirilevyllä. Tämän häiriön lähde on taustalevyn ja piirin välillä. Siksi tämän RF-virran tulee kulkea pienimmän impedanssin omaavan polun läpi (pohjalevyn ja signaalia kuljettavan linjan välillä). Jos liittimellä ei ole riittävän pientä impedanssia (päällekkäin pohjalevyn kanssa), RF-virta kulkee hajakapasitanssin läpi. Kun tämä RF-virta kulkee kaapelin läpi, säteilyä tapahtuu väistämättä.
Toinen mekanismi yhteismoodivirran syöttämiseksi I/O-alueelle on lähellä olevien voimakkaiden häiriölähteiden kytkentä. Jopa jotkut"suojattu" liittimet ovat hyödyttömiä, koska häiriölähde on lähellä liitintä, kuten PC-ympäristö. Jos liittimen ja taustalevyn välillä on rako, tässä indusoitunut RF-jännite voi heikentää EMC-suorituskykyä.
On olemassa menetelmiä liittimien suojaamiseen, sormikiekon tai tiivisteiden lisäämiseen. Liittimen päällekkäisyys on tarkoitettu täyttämään liittimen ja kotelon välinen rako. Tämä menetelmä vaatii vuorauksen. Metallitiivisteet ovat parempia, kunhan niitä käsitellään oikein, eli niin kauan kuin pinta ei ole saastunut, kunhan kädet eivät kosketa tai vahingoita tiivistettä ja kunhan paine on tarpeeksi hyvä, matala. -impedanssikosketin.
Toinen tapa on asentaa liitin liittimeen tai asentaa liitin koteloon. Tällä hetkellä suurin kosketuspinta on hieman pienempi, ja kielekkeiden kokoa ja joustavuutta tulee valvoa tiukasti. Kun asennat suojattua liitintä, tee koteloon aukko ja poista öljy aukon puolelta. Tee se huolellisesti. Jos toleranssi ei ole sopiva, liitin uppoaa liian syvälle koteloon ja limitys katkeaa. Jokainen EMC-insinööri tietää, että" erinomainen" järjestelmässä, tämän ongelman on täytettävä käynnistysvaatimukset ja se on tarkistettava ajoissa tuotantolinjalla. Irrotetut tai taipuneet tiivisteet, jotka on asennettu öljyyn kriittisille alueille, epäonnistuvat.
EMI-liitin valittiin seuraavista syistä:
1) Johtava vaahtomuovi on erittäin pehmeää ja se voidaan sijoittaa liittimen koko kehälle. Tämä eliminoi toiseen koteloon ja tiivisteeseen liittyvät ongelmat.
2) Mekaaninen insinööri voi asentaa liittimen järjestelmän rungon hyväksyttävälle toleranssialueelle.
3) Liitin ja runko on kytketty alhaisella impedanssilla hyvän kontaktin varmistamiseksi. Kaapin seinän sisäpuolen vuoraus voidaan tehdä pehmeämmistä materiaaleista, kun se on maalattava ja sillä on peittovaatimus.
4) Pakkojäähdytystä vaativissa malleissa tiivisteessä tulisi mieluiten olla toinen ominaisuus: liittimen ja kotelon seinämän välinen sauma tulee tiivistää ilmavuotojen vähentämiseksi. Pölyisessä ympäristössä tiivisteen pitäisi auttaa pitämään järjestelmä puhtaana.
