Н.С. Шляпников - учебное пособие (560564), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Экраны выполняются в виде замкнутого кожухапрямоугольной, цилиндрической или сферической формы (электромагнитные,магнитостатические и некоторые электростатические экраны), либо в виде металлическойпластины, размещаемой между источником и приемником помехи (электростатическиеэкраны). Если известны напряженности магнитного Н ^ и электрического £„полей, помехи и допустимые напряженности Нd и Еd (по условиямработоспособности узла), то требуемая эффективность экранирования определяетсявыражениемПоследовательность расчетов при анализе ЭМС в курсовом и дипломном проекте:1) обосновать применение экранирования, сопоставить уровень помех, заданных в ТЗили создаваемых элементамиконструкцииблока (трансформаторами, дросселями,сигнальными цепями), с допустимым из условий работоспособности блока уровнемпомех.
Рассчитать требуемую эффективность экранирования по формуле (7.1);2) определить характер помехи (электрическая, магнитная, электромагнитная) ивыбрать соответствующий тип экрана. Если расстояние до источника помехи превышает1=>Л/2П , где Л — длина волны помехи, применяют электромагнитные экраны замкнутойформы. В качестве материала экрана используют металлы с высокой проводимостью(латунь, медь, алюминий).
Использование для электромагнитных экранов магнитныхматериалов обычно не целесообразно, так как снижение эффективности экранированияиз-за меньшей их проводимости не компенсируется ростом эффективности за счетувеличения магнитной проницаемости. Требуемая эффективность экрана достигаетсявыбором достаточной толщины стенок экрана в соответствии с формулой (7.2). Дляэкранирования магнитного поля при 1<Л/2П, т. е. на низких частотах (поля рассеяниясетевых трансформаторов, дросселей, сильноточных цепей), необходим экран изматериала с высокой магнитной проницаемостью — железа, пермаллоя, ферритов и т.п.Требуемая эффективность экрана обеспечивается достаточной толщиной стенок экрана.Экранирование электрического поля в ближней зоне (например, внутри высокочастотногомодуля) выполняется металлическими экранами незамкнутой (пластина, помещеннаямежду источником и приемником помехи) или замкнутой (кожух) формы.
Эффективностьэкрана зависит от размеров, толщины и проводимости материала экрана;3) проверить эффективность выбранной конструкции. Если необходимо,скорректировать конструкцию экрана (выбрать другой материал, размеры, толщину);4) для анализа перекрестных помех в линиях связи и цепях питания микросхем выявитьучастки электрического монтажа на плате, в МСБ, где возникающие помехи и искажениясигналов могут повлиять на работоспособность узла (например, близко расположенныесигнальные проводники и т.
д.);5) рассчитать паразитные параметры линий связи и цепей питания, сравнить их срассчитанными допустимыми значениями. В случае несоответствия, скорректироватьконструкцию монтажных соединений (увеличить ширину проводников для уменьшениясопротивления и индуктивности, увеличить зазоры и уменьшить длину рядомрасположенных участков для снижения взаимных емкости и индуктивности, установить •навесные шины питания и т.д.).7.2 Электромагнитное экранированиеЭффективность сплошного электромагнитного экрана в дальней зоне определяется поформулегде d — толщина стенки экрана, м; ZB — характеристическое сопротивлениеокружающего пространства (для воздуха ZB = 377 Ом); г — коэффициентраспространения волны в металлерад/с; MM0 и d— магнитные проницаемостьхарактеристическое сопротивление материала экрана.ипроводимостьматериала—При расчете экранирования в ближней зоне, когда расстояние до источника помехисравнимо с длиной волны помехи, используют формулу(7,2), но значение ZB зависит от преобладающей составляющей поля помехии от формы и размеров экрана.Приэкранированииэлектрическойсоставляющейполя(7.3)при экранировании магнитной составляющей поля(7.4)Здесь под величиной г понимают диаметр цилиндрического экрана,радиус сферического экрана либо величину, равную a/N2 для прямоугольного экрана(а — ширина параллелепипеда).7.3 Электростатическое и магнитостатическое экранированиеКогда источник и приемник помех находятся в непосредственной близости друг отдруга, электрическое и магнитное поля действуютнезависимо.
Источником (и приемником) магнитной помехи может являться любойпроводник, по которому протекает ток. Источником электрической помехи будет любойпроводник, находящийся под переменным потенциалом.Для защиты от магнитных помех применяют экраны из материалов с высокоймагнитной проницаемостью, эффективность которых рассчитывают из выражения(7.5)где а^,а^ — внешний и внутренний размеры экрана цилиндрической, сферической илипрямоугольной форм, р зависит от формы экрана, р = 0,25 для цилиндрического экрана, р= 1 для прямоугольного и р = 0,22 для сферического.Защита от электростатических помех осуществляется с помощью металлическойпластины, помещаемой между источником и приемником помех, ее эффективностьопределяют по формуле(7.6)где а — расстояние между приемником и источником помехи, м; a1— расстояниемежду экраном и приемником помехи, м; rэ — эквивалентный радиус экранаДля электростатических экранов замкнутой формы(7.7)Электростатические экраны обязательно должны соединяться с общим проводомэлектрической схемы, в противоположном случае эффективность их резко падает.7.4 Расчет перекрестных помех в линиях связиПаразитные параметры линий связи (собственная емкость и индуктивность) вызываютискажения передаваемых сигналов (для цифровых схем — увеличение длительностифронтов импульсов и дополнительная задержка сигналов).
Взаимная емкость ииндуктивность между электрическими цепями приводят к проникновению части сигналаиз одной цепи в другую, что в аналоговых устройствах приводит к нежелательнымканалам прохождения сигнала, непредусмотренным обратным связям и дажевозбуждению узла, а в цифровых устройствах — к сбоям в работе.При синтезе топологии из условий работы принципиальной схемы ' допустимойзадержки сигналов в линиях связи и допустимой величинынапряжения помехи Undоn определяются требованиями к величине паразитныхреактивных параметров линий связи параметрам проводников:при индуктивном характере связи,при емкостном характере связи,при индуктивной взаимной связи,при емкостной взаимной связи.После подстановки соответствующих выражений для L, С, М1,2 , С1,2получаем систему ограничений на геометрические размеры линий связи, например,ограничение на максимальные длины линий или рядом расположенных линий прификсированных значениях ширины проводников и расстояний между ними.
Далее этиограничения должны учитываться при разработке топологии.При анализе уже разработанной топологии необходимо рассчитывать паразитныепараметры цепей, имеющих на коммутационной плате наибольшую длину, минимальноерасстояние, либо цепей, наиболее чувствительных к перекрестным помехам (например,связь между входом и выходом усилителя). Если на плате имеется хоть одна цепь, длякоторой указанные выше ограничения не выполнены, необходимо внести изменения втопологию коммутационной платы.7.5 Расчет перекрестных помех по цепям питанияШины питания и общего провода могут стать причиной передачи помех, еслисопротивление и индуктивность их будут недостаточно малы В наихудшем случае, когдавсе микросхемы подключены к общему проводу «по цепочке», величина статическойпомехи определяется падением напряжения на сопротивлении при протеканиисуммарного тока потребления микросхемДля последней микросхемы в цепочке (точка 4) напряжение помехиОтсюда вытекает требование обеспечить малое сопротивление в цепи общего проводаи шины питания(7.8)где r1 — ток потребления одной ИС.В момент переключения микросхем в цепях питания протекает кратковременныйимпульс тока, значение которого AIn для ТТЛ-микросхемв 3...12 раз превышает статический ток потребления (для КМОПИС равен токуперезаряда емкости нагрузки элемента), а длительность приблизительно равна временипереключения логического элемента Поэтому с учетомдинамической помехи UndMH аналогично (7.8) должно выполняться условие(7.9)7.6.
Расчет конструкций экрановВ общем виде экран представляет собой несущий элемент конструкции, изолирующийРЭС или ее часть от окружающего пространства. Форма экрана определяется формойобъекта защиты, способом установки и закрепления в общей конструкции или на местеэксплуатации. Многообразие форм элементов и частей РЭС приводит к многообразиюформ и конструкций экранирующих оболочек Навесные проводники (провода, жгуты) принеудачном размещении могут оказаться антеннами для приема и излучения помех. Длязащиты от таких нежелательных эффектов проводники необходимо помещать в гибкиеметаллические оплетки, выполняющие функции экранов В то же время экран,защищающий проводник от помех, создает дополнительную емкостную связь «проводник— экран», которую необходимо учесть при согласовании цепей, соединенных этимпроводником.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
