Тексты и перевод шести текстов / текст1

The EMI emission source that most modern digital electronic devices have in common is the direct current (DC) bus that supplies and distributes necessary electric power to integrated circuits (IC).

DC buses are used in almost all digital electronic devices, including satellite transmitters and receivers that enable worldwide communication, earth resources imaging, and collection of navigation and weather forecasting data; and in electronic tools for medical research and care, personal computers, cellular and cordless telephones, and electronic games and toys. The proliferation of these electronic devices is causing a rise in interference between susceptible devices. The DC bus becomes an unintentional radiating antenna when minute residual switching signals are emitted from the ICs. This article will show by mathematical calculations how to predict the amount of EMI a DC bus will radiate.

For a long time regulatory agencies worldwide have been setting allowable limits for radiated and conducted EMI emissions and for EMI susceptibility or immunity levels to assure interference-free operation of all existing electronic devices. A prime example is the European Community (EC), which has passed an EC Directive, in an effort to control the problem of EMI. Any product marketed in the EC countries is required to meet strict EC regulations, and to display the CE Mark to indicate conformance.

Background of the DC bus

Generally, when ICs are used in an Emitter Coupled Logic (ECL) configuration on printed circuit (PC) cards, the PC layout contains a DC bus and signal traces. The DC bus couples unwanted signals to some ICs unless they are decoupled with high frequency bypass capacitors from the bus. This is especially a problem on a card that contains a large number of densely packed ECL ICs driven by a common clock. The simultaneous switching turn-on current at 200 MHz or at a higher rate will induce on the DC bus a considerable current fluctuation at the clock frequency rate, it is not uncommon to have rise and fall times as short as I ns and a large harmonic frequency spectrum extending to 1 GHz and beyond.

The emerging ultrahigh speed technology of complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices is extending EMI from DC buses to much higher frequencies. With CMOS devices, designers can achieve much faster solutions with reduced power consumption than with ECL ICs. The disadvantage of CMOS technology is its faster switching, and the DC bus contamination of ultrahigh frequencies is many times worse. The newer CMOS logic devices can be driven at a clock rate of 15 GHz. The rise time of such a short pulse can be as short as 75 Ps or less.

Rise and fall times of such short duration occupy a very large spectrum of harmonic frequencies. These frequencies extend up into the microwave region. Such high frequencies are very difficult to contain from residual high frequency (HF) currents circulating in DC buses. The result is radiated or conducted EMI. After manufacturers had turned to shielding enclosures to curb radiated EMI, the cost of the product was increased.

Источник излучения электромагнитных помех, который в общем имеют самые современные цифровые электронные устройства, - шина питания, которая поставляет и распределяет необходимую электроэнергию интегральным схемам (ИС).

Шины питания используются в почти всех цифровых электронных устройствах, включая спутниковые передатчики и приемники, которые делают возможными международную коммуникацию, отображение земных ресурсов, и сбор данных навигации и прогнозов погоды; и в электронных инструментах для медицинского исследования и заботы, персональных компьютеров, сотовых и радиотелефонов, и электронных игр и игрушек. Разрастание этих электронных устройств вызывает повышение вмешательства между восприимчивыми устройствами. Шина питания становится непреднамеренной излучающей антенной, когда остаточные сигналы переключения испускаются от интегральных схем. Эта статья покажет математическими вычислениями, как предсказать количество электромагнитных помех, которое излучит шина питания.

В течение долгого времени регулирующие агентства во всем мире устанавливали допустимые пределы для излученных и проводимых электромагнитных помех и для уровней восприимчивости или неприкосновенности электромагнитных помех гарантировать операцию без помех для всех существующих электронных устройств. Главный пример - Европейское Экономическое Сообщество (EC), которое передало Директиву EC, чтобы управлять проблемой электромагнитных помех. Любой продукт, проданный в странах EC обязан удовлетворять строгим инструкциям EC, и показывать Марку Совета Европы, чтобы указать соответствие.

Фон шины питания

Вообще, когда интегральные схемы используются в эммитерно-связной логике (ECL), сделанной на печатной схеме, печатная схема содержит шину питания и сигнальные проводники. Шина питания подает нежелательные сигналы к некоторым интегральным схемам, если они не рассоединены с высокочастотными конденсаторами в обход шины. Это - особенно проблема на карте, которая содержит большое количество плотно расположенных интегральных схем с эммитерно-связной логикой, управляемых основной тактовой частотой. Одновременное включение тока частотой в 200 МГц или более вызовет на шине питания значительное колебание тактовой частоты, необычно иметь длительность фронта и длительность спада такие короткие как 1 нс и большой гармонический спектр частоты, достигающий 1 ГГц и более.

Появляющаяся технология высокоскоростной комплиментарной «металл-оксид-проводник» структуры (CMOS) устройства расширяет помехи от шин питания до намного более высоких частот. С устройствами CMOS проектировщики могут достигнуть намного более быстрых решений для уменьшения расхода энергии чем с интегральными схемами с эммитерно-связной логикой. Неудобство технологии CMOS - ее более быстрое переключение, и загрязнение шиной питания ультравысоких частот много раз хуже. Новейшие логические устройства CMOS могут работать на частоте 15 ГГц. Длительность фронта такого короткого импульса может таким коротким, как 75 Ps или меньше.

Длительность фронта и спада такой короткой продолжительности занимает очень большой спектр гармонических частот. Эти частоты простираются в область микроволн. Такие высокие частоты очень трудно содержать от остаточной высокой частоты потоков, циркулирующие в шинах питания. Результатом являются излученные или распространяющиеся проводящим путем помехи. После того, как изготовители обратились к экранирующим корпусам, чтобы обуздать излученные электромагнитные помехи, стоимость продукта увеличилась.