УП Констр РЭС КП и ДП 2007_ (560572), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Для экранирования магнитного поляпри l < λ/2π, т.е. на низких частотах (поля рассеяния сетевых трансформаторов, дросселей, сильноточных цепей), необходим экран из материала с высокой магнитной проницаемостью – сплавов железа, пермаллоя, ферритов ит.п. Требуемая эффективность экрана обеспечивается достаточной толщинойстенок экрана (см. разд. 5.2). Экранирование электрического поля в ближнейзоне (например, внутри высокочастотного модуля) выполняется металлическими экранами незамкнутой (пластина, помещенная между источником иприемником помехи) или замкнутой (кожух) формы. Эффективность экранав соответствии с (5.6) и (5.7) зависит от размеров, толщины и проводимостиматериала экрана;3) проверить эффективность выбранной конструкции экрана по формулам подразделов 5.1 и 5.2.
Если необходимо, скорректировать конструкциюэкрана (выбрать другой материал, размеры, толщину);4) для анализа перекрестных помех в линиях связи и цепях питаниямикросхем выявить участки электрического монтажа на плате, в МСБ, гдевозникающие помехи и искажения сигналов могут повлиять на работоспособность узла (например, близко расположенные сигнальные проводники ит.д.);5) по формулам табл. 5.1 и формулам (5.8), (5.9) рассчитать паразитныепараметры линий связи и цепей питания. В соответствии с подразделами 5.3и 5.4 сравнить их с рассчитанными допустимыми значениями. В случае несоответствия скорректировать конструкцию монтажных соединений (увеличить ширину проводников для уменьшения сопротивления и индуктивности,увеличить зазоры и уменьшить длину рядом расположенных участков дляснижения взаимных емкости и индуктивности, установить навесные шиныпитания и т.д.).5.1 Электромагнитное экранированиеЭффективность сплошного электромагнитного экрана в дальней зонеопределяется по формуле [7]:⎛ZZ ⎞Э = 20 lg ch (kd ) + 20 lg 1 + 0,5 ⋅ ⎜⎜ В + Э ⎟⎟ ⋅ th (kd ) дБ,⎝ ZЭ ZВ ⎠(5.2)39где k = (1 + j )ω µ µ0 σ2– коэффициент распространения волны в метал-ле; d – толщина стенки экрана, м; Z Э = (1 + j )ω µ µ02σхарактеристиче-ское сопротивление материала экрана, Ом; ZВ – характеристическое сопротивление окружающего пространства (для воздуха ZВ = 377 Ом); ω –частота, рад/с; µ µ0 – магнитная проницаемость экрана; σ – электропроводность материала экрана;.При расчете экранирования в ближней зоне, когда расстояние до источника помехи сравнимо с длиной волны помехи, используют формулу(5.2), но значение ZВ зависит от преобладающей составляющей поля помехии от формы и размеров экрана:при экранировании электрической составляющей поляZ ВE =1j ω ε ε0 r, Ом(5.3)при экранировании магнитной составляющей поляZ ВH = − j ω µ µ0 r , Ом.(5.4)Здесь под величиной r понимают диаметр цилиндрического экрана, радиус сферического экрана либо величину, равную aго экрана (a - ширина параллелепипеда) в метрах.2 для прямоугольно-5.2 Электростатическое и магнитостатическое экранированиеКогда источник и приемник помех находятся в непосредственной близости друг от друга, электрическое и магнитное поля действуют независимо.Источником (и приемником) магнитной помехи может являться любой проводник, по которому протекает ток.
Источником электрической помехи будет любой проводник, находящийся под переменным потенциалом.Для защиты от магнитных помех применяют экраны из материалов свысокой магнитной проницаемостью, эффективность которых [7] рассчитывают из выражения⎡Э H = 20 lg ⎢1 +⎢⎣40⎛p ⎜1 −⎜⎝a12 ⎞⎟⎛ 1⎞⎤⎜⎜ + µ − 2 ⎟⎟⎥ дБ,a 22 ⎟⎠⎝ µ⎠⎥⎦(5.5)где a1, a2 - внешний и внутренний размеры экрана цилиндрической,сферической или прямоугольной форм; р зависит от формы экрана и равно0,25 для цилиндрического экрана, 1,0 для прямоугольного экрана и 0,22 длясферического экрана.Защита от электростатических помех осуществляется с помощью металлической пластины, помещаемой между источником и приемником помех, ее эффективность определяют по формуле⎛5rэЭ Е ≈ 20 lg⎜⎜ a 2 a 2 − a1a 22⎝ 1⎞⎟⎟⎠(5.6)где a1 – расстояние между источником и приемником помехи, м; a2 – расстояние между экраном и приемником помехи, м; rЭ ≈SЭπ – эквива-лентный радиус экрана, м; SЭ - площадь экрана.Для электростатических экранов замкнутой формыЭ E ≈ 20 lg(60 ⋅ π ⋅ d ⋅ σ ) дБ.(5.7)Электростатические экраны обязательно должны соединяться с общимпроводом электрической схемы, в противном случае эффективность их резкопадает.5.3 Расчет перекрестных помех в линиях связиПаразитные параметры линий связи (собственная емкость и индуктивность) вызывают искажение передаваемых сигналов (для цифровых схем –увеличение длительности фронтов импульсов и дополнительная задержкасигналов).
Взаимная емкость и индуктивность между электрическими цепями приводят к проникновению части сигнала из одной цепи в другую, что ваналоговых устройствах приводит к нежелательным каналам прохождениясигнала, непредусмотренным обратным связям и даже возбуждению узла, а вцифровых устройствах - к сбоям в работе. В табл. 5.1 приведены расчетныеформулы, позволяющие с точностью 20...30% рассчитать собственные и взаимные паразитные параметры линий связи.
Приведенные формулы могутбыть использованы как для синтеза, так и для анализа топологии коммутационных плат.При синтезе топологии из условий работы принципиальной схемы допустимой задержки сигналов в линиях связи и допустимой величины напряжения помехи Uп.доп – определяются требования к величине паразитных41реактивных параметров линий связи и в соответствии с табл. 5.1 к геометрическим параметрам проводников:L < τ·Rвх – при индуктивном характере связи (рис. 5. 1);С < τ·/Rвых – при емкостном характере связи (рис. 5.2);M1,2 < Uп.допτФ·/I – при индуктивной взаимной связи (рис. 5.3);C1,2 < Uп.допτФ·/URвых – при емкостной взаимной связи (рис.
5. 4).Эскиз линии связи (всеразмеры в м)Таблица 5.1Емкость, взаимная емкость, пФ; индуктивность,взаимоиндукция, мкГнε +12ε0 ⋅ b ⋅l⋅1012aaL ≈ 0,4 ⋅ π lb1,06(ε + 1) ⋅ lC=2algb+tt +b⎛ a+b a−b⎞L = 0,004 ⋅ l ⋅ ⎜ ln−+ 0,2235+ 1,5ll⎠⎝ t +b13,9(ε + 1) ⋅ lC1,2 =4a ⎞⎛ln⎜ 4 +⎟b ⎠⎝2b t + b ⎞⎛M1,2 = 2 ⋅ 10 −8 ⋅ l ⋅ ⎜ ln++ 1⎟l⎝ t +b⎠C≈После подстановки соответствующих выражений для L, С, M1,2, C1,2получаем систему ограничений на геометрические размеры линий связи,например, ограничение на максимальные длины линий или рядом расположенных линий при фиксированных значениях ширины проводников и расстояниях между ними.
Далее эти ограничения должны учитываться при разработке топологии.При анализе уже разработанной топологии необходимо рассчитыватьпаразитные параметры цепей, имеющих на коммутационной плате наибольшую длину, минимальное расстояние, либо цепей, наиболее чувствительныхк перекрестным помехам (например, связь между выходом и входом усили42теля). Если на плате имеется хоть одна цепь, для которой указанные вышеограничения не выполнены, необходимо внести изменения в топологиюкоммутационной платы.Рис.
5.1Рис. 5.3Рис. 5. 2Рис. 5.45.4 Расчет перекрестных помех по цепям питанияШины питания и общего провода могут стать причиной передачи помех, если сопротивление и индуктивность их будут недостаточно малы. Внаихудшем случае, когда группа микросхем подключена к общему проводу"по цепочке", величина статической помехи определяется падением напряжения на сопротивлении r при протекании суммарного тока потребления nмикросхем (рис. 5. 5):Определение минимальной ширины проводников на плате, обеспечивающих статическую помехоустойчивость по цепям питания и общего провода рассмотрено в разделе 4.3.4.В момент переключения микросхем в цепях питания протекает кратковременный импульс тока, значение которого ∆Iп для ТТЛ-микросхем в3…12 раз превышает статический ток потребления [5] (для КМОП-ИС равентоку перезаряда емкости нагрузки элемента), а длительность приблизительно равна времени переключения логического элемента.
Поэтому с учетом43динамической помехи Uп.дин в наихудшем случае (одновременное переключение всех микросхем группы) должно выполняться условиеL1 ≤U п.дин ⋅ τ ф∆I п ⋅ n ⋅ (n + 1)(5.8)Рис. 5.5Обеспечить условие (5.8) можно размещением микросхем в цепочке наминимально возможном расстоянии друг от друга (уменьшение длины проводников), увеличением ширины проводников b, а также применением блокировочных конденсаторов, размещаемых на плате в непосредственной близости от выводов микросхем и способствующих существенному уменьшению динамической составляющей потребляемого тока ∆Iп .446. РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭС6.1 Методы теплового моделирования конструкций РЭСНаиболее часто тепловое моделирование выполняется методами изотермических поверхностей и однородного анизотропного тела.Модель изотермических поверхностей основана на выделении в конструкции поверхностей с одинаковыми или условно одинаковыми температурами в каждой точке поверхности.
Считается, что теплообмен осуществляется между этими поверхностями. В зависимости от конкретной задачи исследования к изотермическим поверхностям конструкций относят поверхностькорпуса со среднеповерхностной температурой tк, поверхность нагретойзоны с температурой t3, поверхность отдельной функциональной ячейки стемпературой tзi, поверхность отдельного радиоэлемента с температурой tэiи т.д.Тепловая модель, построенная по методу изотермических поверхностей, позволяет находить лишь среднеповерхностные температуры. Детализация модели дает возможность довести решение до определения температуры отдельного радиоэлемента, однако при этом резко возрастет размерность задачи.Примеры построения тепловых моделей блоков РЭС методом изотермических поверхностей приведены в [24].Модель однородного анизотропного тела состоит в представлении реальной конструкции или ее части однородным анизотропным телом в видепрямоугольного параллелепипеда с внутренними источниками тепла, длякоторого находят эквивалентные коэффициенты теплопроводности λx, λy иλz по направлениям осей координат, перпендикулярных граням параллелепипеда.
При известных коэффициентах теплопроводности и геометрическихразмерах lx, ly , lz однородного анизотропного тела можно определить тепловое сопротивление R0 между центром тела и его поверхностью. Формуладля расчета R0, полученная в результате решения дифференциального уравнения теплопроводности, характеризующего температурное поле однородного анизотропного параллелепипеда, записывается в видеR0 =Clz/(4λzlxly),(6.1)где C – коэффициент, характеризующий форму однородного анизотропноготела, значение которого обычно представляют графически [4, 24]Знание R0 позволяет найти температуру в центре однородного анизотропного тела как45t0 = tS+R0P,где tS — температура на поверхности тела; P – суммарный тепловой потоквнутренних источников тепла.В задачах анализа тепловых режимов конструкций РЭС моделью однородного анизотропного тела обычно представляют нагретую зону конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
