10.2 Уровни обеспечение эмс при проектировании рэс

На разных уровнях разукрупнения конструкций РЭС задачи обеспечения ЭМС имеют свои специфические особенности, поэтому их разделяют на следующие группы:

- межсистемная ЭМС – совместимость между отдельными автономными системами (например, между системой связи и РЛС);

- внутрисистемная ЭМС – совместимость между отдельными средствами (например, между блоками), входящими в состав системы;

- внутриаппаратная ЭМС – совместимость между отдельными элементами или КТЕ отдельного прибора, блока.

В компетенции конструктора РЭС находится решение задач обеспечения ЭМС только для двух последних уровней (на первом уровне этими вопросами занимаются в основном «системщики»).

Вопросы обеспечения ЭМС должны решаться на всех стадиях конструирования изделия, а также при его производстве. Требования к ЭМС изделия должны быть изложены в ТЗ согласно ГОСТ 28934 – 91 («Совместимость ТС электромагнитная. Содержание раздела технического задания в части ЭМС»). Параметры ЭМС разработанной конструкции должны быть записаны в ТУ на изделие.

Для подтверждения того, что изделие отвечает требованиям стандартов по ЭМС оно должно проходить процедуру сертификации в специальных государственных или международных центрах. Если изделие отвечает всем требованиям «Закона об электромагнитной совместимости Европейской МЭК», то после его сертификации, ему присваивается знак СЕ.

10.3 Средства обеспечения эмс на этапе конструирования

Основными средствами обеспечения ЭМС являются:

• выполнение компоновки изделия и проектирование межсоединений (внутренних и внешних) в соответствии с существующими правилами обеспечения ЭМС (рациональная компоновка);

• использование экранирования;

• создание качественной системы заземления в изделии и вне его;

• фильтрация (пространственная, электрическая) и подавление помех;

• применение помехоустойчивой элементной базы (цифровой), симметрирование входных цепей (как в дифференциальном усилителе) и др.

10.4 Выполнение заземления в рэс

Качество выполнения заземления оказывает значительное влияние на помехоустойчивость РЭС.

Заземление – это обладающая низким импедансом цепь возврата тока (синонимы – «общий провод», «нулевой провод», «земляная шина»).

Заземление в РЭС выполняет следующие функции:

- служит общей базой, относительно которой отсчитываются все потенциалы электрической схемы;

- обеспечивает сигнальные и силовые цепи возврата;

- снимает электростатические заряды;

- обеспечивает защиту обслуживающего персонала от поражения электротоком.

Возвратные токи, протекающие по общему проводу, создают на нём падение напряжения, которое может являться кондуктивной помехой. Поэтому основной задачей при разработке системы заземления является минимизация её импеданса.

Различают два основных типа систем заземления: одноточечное (Рис. 10.2, а, б) и многоточечное (Рис. 10.2, в).

С точки зрения возникновения помех наиболее нежелательной является схема, изображенная на рис. 10.2, а. Тем не менее, её широко используют на практике для изделий некритичных к помехам, т.к. она наиболее проста в исполнении. Эту схему категорически нельзя использовать для цепей с очень большим разбросом потребляемой мощности. Наибольшее отклонение от потенциала земли будет наблюдаться в точке “С”, поэтому наиболее критичный каскад системы следует подключать как можно ближе к точке “0”.

В параллельной одноточечной схеме (Рис. 10.2, б) заземляющая шина сведена в точку, поэтому кондуктивные помехи в ней отсутствуют. Однако в этой схеме заземляющие проводники обладают высокими значениями индуктивностей, взаимных индуктивностей и ёмкостей, поэтому она неэффективна на частотах свыше нескольких МГц. Эта схема хороша для низкочастотных силовых устройств.

Пример. На рисунке 10.3 изображена электрическая принципиальная схема импульсного источника питания. Подобные устройства создают весьма мощные импульсные помехи. В связи с этим необходимо отметить два момента: 1) необходимо использовать качественный сетевой фильтр, который предотвратит попадание импульсных помех в сеть; 2) для некоторых каскадов следует использовать одноточечное заземление (его рекомендуется прорисовывать на схемах).

Рисунок 10.3 - Схема импульсного стабилизатора напряжения

Многоточечная схема заземления (Рисунок 10.2, в) используется в ВЧ–аппаратуре, где в качестве опорной земли обычно используются металлический лист (шасси), слой в многослойных коммутационных платах и т.д. Соединения с ней осуществляются короткими отрезками проводников. Электрическое сопротивление между двумя точками заземления для металлического листа (слоя) определяется по формуле:

, (10.1 )

где – расстояние между точками заземления;

– сопротивление между точками на ВЧ.

Сопротивление определяется по формуле

,

где и – магнитная проницаемость и проводимость относительно меди соответственно.

В формуле (10.1) величина является поправкой, учитывающей увеличение импеданса Z, связанное с возможностью возникновения стоячих волн между точками заземления (Рис. 10.4). Как известно, стоячие волны не переносят энергии.

В двух любых точках отстоящих на расстоянии друг от друга, цепь (на длине волны) как бы размыкается. Это явление накладывает ограничения на размеры систем заземления.

Для выбора типа системы заземления можно воспользоваться графиком на рис. 10.5.

1-одноточечное заземление;

3- многоточечное;

2-любая система заземления;

- наибольшие размеры общего проводника.

Рис. 10.5 – График для выбора системы заземления

В сложных РЭС с целью оптимизации системы заземления её выполняют в виде нескольких разомкнутых контуров, соединённых между собой в одной точке. Типичными видами контуров являются:

- сигнальная (схемная) земля – для сигнальных цепей с низкими уровнями токов и напряжения;

- силовая земля – для цепей с высокими уровнями потребляемой мощности;

- корпусная земля – для корпусных цепей (шасси, экранов, слоёв металлизации).

Рис. 10.6 - Организация системы заземления в сложном изделии

Пример выполнения системы заземления сложного устройства (профессионального магнитофона) представлен на рисунке 10.6. Наиболее восприимчивые к помехам аналоговые узлы (усилители) заземлены с помощью двух раздельных сигнальных земель. Заземление цифровых ИС выделено в отдельный контур, т.к. они генерируют широкополосные помехи значительного уровня. В силовом контуре заземления наиболее восприимчивая к помехам схема управления подключена ближе других к опорной точке системы. Сигнальная, силовая и корпусная земли соединяются вместе в одной точке в источнике питания. При проектировании сложных РЭС требуется разработка структурных монтажных схем заземления, которые должны входить в состав комплекта КД.

Для разрыва нежелательных контуров заземления, а также для гальванической развязки цепей в схемах широко используются развязывающие устройства. Гальваническая развязка позволяет значительно ослабить кондуктивные помехи, которые могут передаваться от узла к узлу, от блока к блоку, благодаря разорву общих проводов питания, обладающих значительной величиной импеданса.

Развязка с помощью трансформатора.

Такой способ эффективен в полосе частот до 10 МГц.

Развязка с помощью оптрона.

Оптрон практически нечувствителен к внешним полям, имеет малые габариты. Характеристики изоляции: С_П = 0,5  2 пФ, U_пр 1 – 10 кВ, время задержки – порядка 80 нс

Собственная емкость светодиода вместе с ограничительным резистором образуют фильтр нижних частот, который ослабляет ВЧ помехи, проходящие через оптрон (рис. ).

Рис. – Эквивалентная схема входной цепи оптрона

Развязка с помощью специальных микросхем фирмы NVE.

В этих микросхемах используется магниторезистивный эффект, возникающий в GMR материалах («Инженерная микроэлектроника» №2, №3 2003 г.). Такие устройства по быстродействию (задержка порядка 30 нс), потреблению и габаритам превосходят оптоизоляторы.

Пример развязки цепей питания (рисунок 5.7).