20. Импульсные помехи в цепях питания. Развязывающие конденсаторы

Импульсные помехи обусловлены наличием паразитных индуктивностей шин питания и бросками тока при переключении логических элементов. Протекание переменных составляющих токов потребления интегральных схем по цепям питания и земли приводит к возникновению ЭДС самоиндукции, выступающей как паразитная импульсная помеха.

Если пренебречь активным сопротивлением шины питания, то получим эквивалентную схему:

е – источник ЭДС самоиндукции.

Предположим, что шины питания и перепады токов одинаковы, тогда этот источник ЭДС:

П омехи общие (по всей длине шины питания):

А индуктивность шины должна быть:

Снижение импульсных помех, кроме как снижением индуктивности, может быть осуществлено применением индивидуальных развязывающих конденсаторов.

П рименение конденсаторов развязки для уменьшения импульсных помех позволяет уменьшить эквивалентную паразитную индуктивность шин питание-земля путём создания индивидуального источника энергии для обеспечения тока потребления в момент переключения микросхемы, то есть в момент переключения перепад тока происходит за счёт конденсатора, а не за счёт шины питания.

Заряд на рязвязывающем конденсаторе должен быть больше или равен заряду переключения:

импульсная помехоустойчивость.

Ёмкость определяется из соотношения:

Поэтому для развязки применяют такие типы конденсаторов, которые имеют минимальную собственную индуктивность (керамические), а длина выводов при монтаже должна быть минимальной.

Для серии ТТЛ и ТТЛ Шотки средней степени интеграции ёмкость развязывающих конденсаторов равна от 10 до 100 нФ на 1 корпус. Для серии по КМОП технологии достаточно 1 нФ на корпус. Если эти условия выполнены и осуществлена разумная компоновка элементов, то помехи и нарушения функционирования в таких схемах из-за шин питания становятся невозможны.

Допускается импульсная помеха по шине питания до 0.5В, а если нет внешних источников, то помеха может быть выше.

Д ополнительные элементы развязки могут потребоваться в тех случаях, когда от одних и тех же шин питания питаются как логические, так и аналоговые схемы. (Для схем только на логических элементах нет смысла увеличивать стоимость изделия, чтобы получить идеально чистое питание). Помимо развязывающих конденсаторов на каждую печатную плату устанавливается групповой конденсатор развязки; он предназначен для защиты бросков тока в системе питания, которые могут вызвать медленные колебательные процессы, с этой целью устанавливаю конденсатор большой ёмкости:

21. Экранирование. Основные принципы теории экранирования от э/м волны.

При прохождении мощных сигналов по цепям последние становятся источниками электромагнитных помех. Для того, чтобы локализовать, где это важно, действие источника помех, или защитить сам приёмник помех, используют электромагнитные экраны (ЭМЭ).

По принципу действия различают электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное экранирование.

Параметром степени защиты является эффективность экранирования:

В этих выражениях напряжённость поля до экрана и после экрана.

Основная концепция экранирования построена на базе теории поля и теории цепей. Наиболее часто применяется теория поля.

При этом предполагается, что волна плоская и расстояние от источника большое.

Волновое сопротивления среды для распространения ЭМВ является определяющей характеристикой этой среды и представляет собой соотношение:

Полное характеристическое сопротивление:

проводимость среды.

Для воздуха .

Характеристическое сопротивление для проводящей среды в дальней зоне:

В ближней зоне поля источника волновое сопротивление определяется не средой, а характеристиками самого источника:

Потери на отражение на границе двух сред

Потери на границе двух сред связаны с различием полных характеристических сопротивлений этих сред.

При прохождении ЭМВ через экран она встречает на своём пути 2 границы. Если экран металлический, то значительно больше и при этом на первой границе наблюдается наибольшее отражение для электрической составляющей ЭМП. Для магнитной составляющей наибольшее отражение происходит на второй границе. Коэффициент отражения:

Для получения большего эффекта экранирования поверхность экрана покрывают материалом с высокой проводимостью.

Для экранирования от электрического поля подходят даже тонкие экраны.

Для магнитного поля играет роль толщина экрана.

Как вы уже поняли, большую роль играет проводимость материала экрана:

Потери электрического поля в ближней зоне излучения на отражение оказываются больше, чем потери плоской волны, и в основном определяют процесс экранирования в ближней зоне.

Для магнитной составляющей поля потери на отражение меньше, чем у плоской волны, и на НЧ их можно принять равными нулю.

Для плоской волны в дальней зоне даже тонкие экраны позволяют получить высокие коэффициенты отражения и высокую эффективность экранирования для электрической составляющей.

Для магнитной составляющей потери будут зависеть от толщины экрана.

Потери на поглощение

Они связаны с поверхностным эффектом проводника, приводящем к экспоненциальному уменьшению проникающих в металлический экран ЭМП. Это объясняется тем, что токи, индуцированные в металле, вызывают омические потери на поглощение:

толщина экрана.

Потери на многократное отражение

Они связаны с волновыми процессами в толще экрана и определяются:

глубина проникновения токов.

В результате для электрической составляющей основным механизмом экранирования являются потери на отражение, для НЧ магнитного поля в дальней зоне почти всё ослабление достигается за счёт потерь на отражение, в то время, как на ВЧ ослабление в основном происходит за счёт потерь на поглощение. Они же являются определяющими при экранировании магнитного поля и ближней зоны.