Диссертация (1136166), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Временные функции токов в проводниках, которые будут отобраны для расчетапомехоэмиссии,определяютсяэкспериментальнопутемизмерений(снятиемосциллограмм) непосредственно на схеме ТРЭС, а не путем моделирования.Допустимость использования данных приближений и упрощений была обоснованавыше. Первым этапом расчета эмиссии излучаемых радиопомех со стороны ТРЭСявляется отбор проводников, которые будут учтены при дальнейших расчетах. Его можновыполнить на основе качественного анализа сигналов и топологии печатного узла ТРЭС.Известно [177, 178], что входные токи микросхем зависят от типа логики.
В ТРЭСиспользуются микросхемы К1561ЛА9, построенные по КМОП-технологии. Поскольку301транзисторы, основанные на полевом управлении проводимостью канала, имеют оченьмалые входные токи, порядка 10-8…10-10 А, то основной вклад в формирование излученияТРЭС будут вносить токи, текущие через резисторы R1 — R5, а также через нагрузку,установленную на сильноточный выход. Если допустить, что транзистор VT1 в схеме нарис. 4.14 может длительное время находиться в открытом состоянии и задать предельноенапряжение питания ТРЭС равным 12 В, то минимально допустимое сопротивлениенагрузки составит около 65 Ом, поскольку максимальный прямой ток для транзистораКП501А равен 0,18 А. Однако с учетом диаграмм функционирования ФСС, изображенныхна рис.
4.13, и соответствующей цикличности работы транзистора VT1 вполне допускаетсяустановка на выход 1 стандартной нагрузки с сопротивлением 50 Ом.Интервал изменений напряжения относительно отрицательного потенциалаисточника питания во всех узлах ТРЭС в целом одинаков, равно как и характер сигналов вних. Поэтому статистическое соотношение средних токов, протекающих в проводникахсхемы, будет зависеть от нагрузочных сопротивлений. Номинальное значение R1составляет 51 Ом, сопротивление нагрузочной головки — 50 Ом, остальныхсопротивлений в схеме – 10 кОм.
Следовательно, соотношение токов, текущих черезR2 — R5, а также через резистор R1 и нагрузку сильноточном выходе ТРЭС, составит около0,005. В разделе 3.3 по результатам проведенных экспериментальных исследований былавыработана практическая рекомендация по выбору коэффициента отбора, согласнокоторой при наличии в полосе вблизи частоты анализа спектральных составляющихизлучения одного из проводников, существенно превалирующих над остальнымиспектральными составляющими, значение ko следует выбирать в пределах 0,001…0,01.При проведении первичного эксперимента целесообразно использовать бóльшие значенияko. Примем ko = 0,01, что даст возможность учитывать только те проводники, по которымвходной сигнал следует к R1 и выходной – к выходу 1.На следующем этапе проводимого анализа должны быть определены функциитоков, текущих в выбранных проводниках.
Согласно результатам, изложенным впротоколе №8 приложения 2, осциллограммы сигналов на сопротивлении R1 инагрузочной головке имеют вид, изображенный на рис. П.2.8.7. На рис. 4.16 приведеныаппроксимирующие графики для этих зависимостей, построенные по результатам иханализа. В качестве s1(t) обозначен входной сигнал, в качестве s2(t) — выходной.Важно отметить, что в данном случае аппроксимация является инструментомнеобходимого упрощения, поскольку для перехода к спектральному представлениюфункций токов необходимо их описать аналитически, а решение этой задачинепосредственно для осциллограмм на рис.
П.2.8.7 затруднено сложностью их формы.302Вместе с тем, в [76] было показано, что для импульсных функций при расчетеспектральных характеристик доминирующее значение играет площадь импульса, а не егоформа. Высокочастотные колебания, имеющиеся на исходных графиках, определяютсяпроцессами отражения сигналов в проводниках, а также наличием паразитныхиндуктивностей и емкостей. Если схему ТРЭС промоделировать с использованием точныхмоделей элементов и конструкции печатного узла, то можно получить искомыевременные зависимости токов в кусочно-линейной форме с отображением всехособенностей формы осциллограмм, приведенных на рис. П.2.8.7.Рис. 4.16. Графики предлагаемых аппроксимирующих функций для осциллограмм,приведенных на рис.
П.2.8.6Аппроксимация осциллограмм может выполняться с использованием разныхфункций. С аналитической точки зрения наиболее удобными являются функции,описывающие прямоугольные импульсы, однако фронты сигналов на рис. П.2.8.7 имеютнекоторую протяженность. Практика моделирования цифровых устройств показалавозможность использования функцию ошибок [66, 79], определяемую в теорииx2вероятностей [160] как erf ( x ) exp(t 2 )dt . Значение этой функция изменяется от0-0,995 до 0,995 при варьировании аргумента от -2 до 2 и по форме вполне подходит дляаппроксимации фронтов как входного, так и выходного напряжения ТРЭС.Длительность фронтов и спадов для сигналов на осциллограммах входного ивыходного сигналов ТРЭС (рис.
П.2.8.7), измеряемая как интервал времени от начала довизуального завершения переходного процесса, составила 100 нс; их взаимноерасположение может быть легко определено по осциллограммам. Используя функцииошибок и дополнительные к ним, можно записать следующие выражения дляаппроксимирующих функций:3030,5 A1 (erf (4 107 t ) 1),t 2,5 107 ;77770,5 A1erfc(4 10 (t 5 10 )), 2,5 10 t 2,5 10 ;s1(t ) (4.31)76770,5A(erf(410(t10))1),7,510t12,510;10,5 A erfc(4 107 (t 1,5 106 )),t 12,5 107.10,5 A2 (erf (4 107 (t 4 107 )) 1),t 5,1 107 ;775,110 7 t 8, 7 107 ;0,5 A2 erfc(4 10 (t 6, 2 10 )),s 2(t ) (4.32)76770,5((410(1,1210))1),8,71012,610;Aerftt20,5 A erfc(4 107 (t 1,36 10 6 )),t 12, 6 107.2В приведенных выражениях амплитудные параметры A1 и A2 составляютсоответственно 5,6 и 4,6 В, как следует из осциллограмм на рис.
П.2.8.7. Точкой отсчетадля функций s1(t) и s2(t) является середина фронта крайнего левого импульса входногосигнала. Для сигнала s1(t) описаны два импульса, что необходимо для соответствияграфикам на рис. 4.16.а)б)Рис. 4.17. Спектральные диаграммы для токов i1(t) и i2(t): а) амплитудные; б) фазовыеДля перехода к временным функциям токов следует использовать известныезначения сопротивлений резистора R1 и нагрузочной головки Rn. Они составляют 51 и50,2 Ом соотвестсвенно. Токи, определяющие излучение ТРЭС, составят i1(t) = s1(t)/R1 иi2(t) = s2(t)/Rn. Поскольку при пространственном суммировании излучений имеет значение304как амплитуда, так и фаза, то для этих токов как периодических функций должны бытьрассчитаны соответствующие спектральные представления.На рис. 4.17 приведены амплитудные и фазовые спектральные диаграммы длятоков i1(t) и i2(t) при использовании разложения периодических функций в ряд Фурье ввиде g (t ) 0,5a0 An cos 2f1nt n , An an2 bn2 , где a0, an и bn — коэффициентыn 1ряда [99].
На рис. 4.17,а амплитудная диаграмма для наглядности отображена в областиотрицательных значений. Следует обратить внимание, что для нулевых амплитудгармоник расчетная программа все же сумела рассчитать значения φn, хотя само понятиеначальной фазы в этом случае нивелируется. Для токов i1(t) и i2(t) амплитуды и фазыгармоник, соответствующих частотам анализа, сведены в таблицу 4.3. Если амплитудагармоники равна нулю, то вместо расчетного значения φn ставился прочерк.Таблица 4.3.
Амплитудные и фазовые характеристики разложениятоков i1(t) и i2(t) в ряд ФурьеЧастота,МГц123456789n123456789Функция i1(t)An0,06900,02200,01207,381∙10-304,713∙10-3φn1,571—1,571—1,571—1,571—1,571n24681012141618Функция i2(t)An0,0263,177∙10-30,0133,217∙10-33,731∙10-31,233∙10-35,133∙10-32,473∙10-34,790∙10-3φn-0,833-1,5600,7290,313-1,2831,4870,6821,057-1,378Качественный анализ спектральных диаграмм позволяет прийти к выводу, что начастотах анализа, равных 2, 4, 6, 8 МГц следует учитывать только излучение,формируемое текущим через нагрузочную головку током. Далее рассмотрим контурыпротекания токов для выявления типовых излучающих элементов.
При анализепомехоэмиссии целесообразно объединить все проводники печатного узла в копланарныелинии так, как это показано на рис. 4.18. Их геометрические характеристики приведены втаблице 4.4. Следует обратить внимание на то, что при разбиении контуров протеканиятоков проводники, ориентированные под углом, отличным от прямого, заменялись так,как показано на рисунке (области I и III), а небольшой участок в контуре протеканиявыходного тока (II) и дополнительный к нему не учитывались из-за малой длины ирасстояния между ними.
Нумерация, приведенная на рисунке, соответствует таблице 4.4.Важно отметить, что в состав рассматриваемых контуров включены фрагмент 2.11,в котором отсутствует печатный проводник, а также фрагмент 1.2, в котором отсутствует305его часть. Такое допущение обусловлено тем, что витые пары, отходящие от точекподключения входа и выхода 1 на печатной плате, фактически обеспечивают замкнутостьконтуров протекания токов.
В контуре протекания тока i2(t) по той же причине не учтенымалые фрагменты перемычки JP3 иСогласно содержанию метода моделирования сертификационных испытаний, наследующих этапах расчетным способом определяется положение точки наблюденияотносительно исследуемого объекта, для которой показания измерительного приемникабудут максимальными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
