Тема 7 ЭМС РЭС, Паразитные связи и наводки (Конспект лекций ОКТРЭС), страница 3

7.12. Конструкции шин питания: а — в виде проводящей плоскости;б — навесные; в — двухслойная навесная; г —комбинированная навесная;1 — шина питания; 2 — изоляция; 3 — медные проводникиВысокой технологичностью отличаются шины «питание», изготовленные печатным способом и крепящиеся на печатной плате вертикально (рис. 7.12, в).Известны конструкции навесных шин, устанавливаемых под корпусами ИС, которые располагаются на плате рядами (рис. 7.12, г) и играют роль дополнительного теплоотвода. Рассмотренные конструкции шин «питание» обеспечиваюттакже большую погонную емкость, что приводит к уменьшению волнового со-16противлениялинии«питание» ρ = L / C и, следовательно, снижениюуровня импульсных помех.Разводка питания ИС на печатной плате должна осуществляться не последовательно (рис. 7.13, а), а параллельно (рис.

7.13, б). Необходимо использовать разводку питания в виде замкнутых контуров (рис. 7.13, в). Такая конструкция приближается по своим электрическим параметрам к сплошным плоскостям питания.Для защиты от влияния внешнего помехонесущего магнитного поля по периметрупечатной платы следует предусмотреть внешний замкнутый контур.Рис. 7.13. Разводка шин питания: а — последовательная;б — параллельная; в — в виде замкнутых контуров7.4.

ЗаземлениеСистема заземления — это электрическая цепь, обладающая свойством сохранять минимальный потенциал, являющийся уровнем отсчета в конкретном изделии. Система заземления в РЭС должна обеспечивать сигнальные и силовые цепивозврата, защищать людей и оборудование от неисправностей в цепях источниковпитания, снимать статические заряды.К системе заземления предъявляются следующие основные требования:минимизация общего импеданса шины «земля»;отсутствие замкнутых контуров заземления, чувствительных к воздействиюмагнитных полей.В РЭС требуются как минимум три раздельные цепи заземления:для сигнальных цепей с низкими уровнями токов и напряжения;для силовых цепей с высокими уровнями потребляемой мощности (источники17питания, выходные каскады РЭС и т.д.);для корпусных цепей (шасси, панелей, экранов и металлизации).Электрические цепи в РЭС заземляются следующими способами: в одной точкеи в нескольких точках, ближайших к опорной точке заземления (рис.

7.14). Соответственно системы заземления могут быть названы одноточечной и многоточечной.Наибольший уровень помех возникает в одноточечной системе заземления собщей последовательно включенной тиной «земля» (рис. 7.14, а).Чем дальше удалена точка заземления от опорной, тем выше ее потенциал. Егоне следует применять для цепей с большим разбросом поребляемой мощности, таккак мощные функциональные узлы (ФУ) создают большие возвратные токи заземления, которые могут влиять на малосигнальные ФУ. При необходимости наиболее критичный ФУ следует подключать как можно ближе к точке опорного заземления.Одноточечная параллельная система заземления (рис.

7.14,6) исключает паразитную связь через общий импеданс, и уменьшается вероятность образования низкочастотного паразитного контура с замыканием на шину «земля». Она может использоваться эффективно для частот 1 МГц.Рис. 7.14. Системы заземления цепей в РЭС: а — одноточечная последовательная;б — одноточечная параллельная; в — многоточечная18Многоточечную систему заземления (рис.

7.14, в) следует использовать длявысокочастотных схем (f> 10 МГц), подключая ФУ РЭС в точках, ближайших копорной точке заземления.Рис. 7.15. Схема с плавающим заземлениемДля чувствительных схем применяется схема с плавающим заземлением (рис.7.15). Такая заземляющая система требует полной изоляции схемы от корпуса(высокого сопротивления и низкой емкости), в противном случае она оказываетсямало эффективной.

В качестве источников питания схем могут использоватьсясолнечные элементы или аккумуляторы, а сигналы должны поступать и покидатьсхему через трансформаторы или оптроны.7.5. Расчет конструкций экрановВ общем виде экран представляет собой несущий элемент конструкции, изолирующий РЭС или ее часть от окружающего пространства. Форма экрана определяется формой объекта защиты, способом установки и закрепления в общей конструкцииили на месте эксплуатации.

Многообразие форм элементов и частей РЭС приводит кмногообразию форм и конструкций экранирующих оболочек. Навесные проводники(провода, жгуты) при неудачном размещении могут оказаться антеннами для приемаи излучения помех. Для защиты от таких нежелательных эффектов проводники необходимо помещать в гибкие металлические оплетки, выполняющие функции экранов.В то же время экран, защищающий проводник от помех, создает дополнительнуюемкостную связь «проводник — экран», которую необходимо учесть при согласо-19ваниицепей,соединенныхэтим проводником. Несколько проводников,объединенных в жгут, могут иметь как общий экран, так и индивидуальные экраны ввиде экранирующих оплеток.Из компонентов элементной базы защиты экранированием требуют чаще всего моточные изделия: катушки индуктивности, трансформаторы, дроссели, обмотки реле.Катушки индуктивности, работающие в мегагерцевом диапазоне частот, обычно неимеют магнитных сердечников и обладают полем, распространяющимся далеко за габаритные размеры катушки.

Применение экранов позволяет ограничить объем пространства для нормального функционирования катушки, уменьшить влияние ее поля на соседние элементы, повысить плотность компоновки. Из-за поглощения частиэнергии материалом экрана параметры катушки необходимо скорректировать. Экранирование дросселей и трансформаторов требуется при использовании повышенных рабочих частот электропитания (более 100 Гц). Активные элементы в видеполупроводниковых диодов, транзисторов, микросхем в большинстве случаев нецелесообразно защищать индивидуальными экранами.Предпочтительно помещать в такой экран весь функциональный узел, например напечатной плате.

Необходимость в этом увеличивается, если схема содержит усилительные каскады с большим коэффициентом усиления. При создании микроэлектронной аппаратуры естественно желание объединить функции экрана и корпуса.Корпус микроблока или микросборки становится внешним экраном. Выбор материала диктуется, с одной стороны, эффективностью защиты, а с другой стороны— производственными условиями, удобством изготовления, возможностью механизации труда и, наконец, просто механической прочностью конструкции.

Слагаемые размеров экрана представлены на рис. 7.17 и 7.18. Прежде всего, размеры экрана зависят от габаритных размеров объекта экранирования X, Y, Z.20Рис. 7.17. Компоновочные размерыэкранированного электронногоустройстваРис. 7.18. Габаритные размеры экранированного электронного устройстваДалее, между объектом экранирования и внутренней поверхностью экрана должныбыть гарантированные зазоры XI, Х2, Y1, Y2, Z1, Z2 , обеспечивающие удобствосборки, электрическую прочность монтажа, тепловой режим и другие условия, необходимые для нормального функционирования устройства.

Толщины стенок экрана ХТ1, ХТ2, YT1, YT2, ZT1, ZT2 будут определяться эффективностью подавленияпомехи, механической прочностью конструкции, удобством закрепления и размещения на объекте. У экрана имеется функциональная поверхность с размерами XF,YF, ZF (одна или несколько), через которую (которые) осуществляется связь экранированной части РЭС с внешними цепями и устройствами: кабельный и жгутовойвводы через разъемные контакты, элементы закрепления экрана на объекте. Окончательные размеры находятся какXG = XF1+XE +XF2; YG = YF1+ YE+YF2; ZG = ZE,гдеXE = XT1+XT2+X1+Х+Х2; YE=YT1+Y1+Y+Y2+YT2;ZE = ZT1+ Z1+Z + Z2 + ZT2.В самом общем виде РЭС защищается от электромагнитных помех металлическимэкраном в виде замкнутой оболочки. Однако в электромагнитной обстановке можетнаблюдаться преобладание отдельного вида поля.

Поэтому при поиске оптимальнойконструкции следует различать:магнитные экраны для подавления магнитной составляющей поля помехи;электростатические экраны для подавления электрической составляющей поляпомехи;электромагнитные экраны для подавления обоих составляющих поля помехи.21Принцип работы магнитного экрана показан на рис. 7.19.Рис. 7.19. Принцип действия магнитного экрана: 1 — источник магнитной помехи;2 — силовые линии магнитного поля; 3 — экранМагнитный поток от источника помехи замыкается в толще экрана и лишь частично попадает в пространство радиоэлектронного устройства. Чем больше магнитная проницаемость материала экрана, тем большая часть энергии магнитной составляющей поля будет сосредоточиваться в толще экрана. Поэтому наибольшейэффективностью будут обладать конструкции, изготовленные из ферромагнетиков:железа (Fe), никеля (Ni), кобальта (Со), гадолиния (Gd). Корпуса приборов и устройств, выполненные из немагнитных материалов,таких как сплавы алюминия(АМг, АМц, Д16), магния (МА2, МЛ1,МЛ2.3), титана (ВТЗ, ОТ4), меди, латуни (Л90,Л70, ЛЖС58-1-1), не способны концентрировать магнитные силовые линии и потомуне способны выполнять роль магнитных экранов.Эффективность магнитных экранов увеличивается с ростом частоты/(рис.

7.23) и толщины стенок t (рис. 7.24). Однако с увеличением размеров экранаR К(Н) заметно снижается. Основными материалами для таких экранов следуетвыбирать магнитомягкие материалы: технически чистое железо (АРМКО,005ЖР, 008ЖР), карбонильное железо, низкоуглеродистые нелегированныестали и пермаллои. Эти материалы, имеющие требуемые магнитные свойства, удобны для изготовления экранирующих оболочек разными методами пластической деформации.

Самым простым и надежным материалом следуетсчитать технически чистое железо. Оно служит основным компонентом большинства магнитных материалов. Магнитные свойства его будут определяться количеством и составом примесей, из которых наиболее вредными являются:углерод (С), кислород (О), сера (S), водород (Н). Из электротехнических сталей для магнитных экранов подходят те, которые допускают пластическую22деформацию, например 10895, ЭТ20895, ЭТ21895.

Лучшими материалами длямагнитных экранов следует считать железо-никелевые сплавы (пермаллои),обладающие наибольшей магнитной проницаемостью в слабых магнитныхполях. С учетом пригодности к пластической деформации лучше всего применять пермаллои марок: 79НМ,80ХНС, 50ХНС, 81НМА. Основные свойстваперечисленных материалов приведены в табл.

7.1.Магнитные экраны эффективны лишь при постоянном токе и в диапазоненизких частот. С увеличением частоты повышенная магнитная проницаемостьтеряет свое значение из-за вытеснения магнитного поля ближе к поверхностиэкрана.Таблица 7.1Толщина листа,ρ-10-6,ммОм·мм0,1 ... 3,9100250ТУ14-1-1720-760,1 ...