15. Помехоустойчивость дискретных систем.
В то время как в аналоговых системах любая помеха приводит к искажению полезного сигнала, в дискретных системах напряжение помехи (ustL и ustH на рис. 3.3, а, б) может воздействовать сначала на изменение логического состояния сигналов, например на выходе логической матрицы В (рис. 33, в), если время воздействия превысит определенное пороговое значение.
В соответствии с этим различают статическую и
динамическую помехоустойчивость логических переключающих цепей.
Статическая помехоустойчивость характеризует
способность противостоять воздействиям сигналов, длительность которых Д t> tDLHy или &t> tDHL, где tDLH и tDHL означают время запаздывания переключения при переходе от состояния
L к состоянию Я или от Я к L. Она описывается следующими величинами (рис. 3.3, в). Если длительность воздействия напряжения помехи Д t< tDLH или Д t < tDHL (рис. 3.3, а, б), то требуются большие значения напряжений, чем USL или USH, чтобы ввести в устройство энергию приводящую к нарушению функционирования.
16. Требования к помехоустойчивости.
При обеспечении внутренней помехоустойчивости SE при заданных климатических условиях [В.1] необходимо гарантировать работоспособность рассматриваемого устройства. Это требование понятно и не подлежит дальнейшему обсуждению.
Напротив, требования к внешней помехоустойчивости связаны с экономическими проблемами
(см. гл. 1): с одной стороны, необходимо учитывать имеющиеся или ожидаемые в данном месте электромагнитные условия, а с другой - риск и последствия, связанные с возможной электромагнитной несовместимостью (см. § 1.2).
Поэтому в [3.7] выделены три класса требований к электрическим устройствам: А1, А 2 и A3.
Класс A3 - повышенные требования к таким устройствам, как приборы управления технологическими процессами, защиты, электромедицины.
Класс А 2 - нормальные требования, предъявляемые, например, к устройствам управления
станками, персональным компьютерам, сложным приборам домашнего обихода.
Класс А1 характеризуется пониженными требованиями (например, к простейшим приборам домашнего обихода, игрушкам и т.д.).
17. Гальваническое влияние, как механизм передачи помех.
Гальваническое влияние может осуществляться через общие полные сопротивления, как правило, через внутренние сопротивления сетевых проводов, систем опорных потенциалов или через систему защитных и заземляющих проводов.
Гальваническое влияние через цепи питания и сигнальные контуры.
Реальное значение помех Ust распределяется в диапазоне от мВ до В, например для рис. 3.2. Напряжение между точками 1 и 2 при длине провода l = 10 см, погонные индуктивности провода 0,5 мкГн/м, сопротивление R = 1 Ом, токи di = 1 А и Δt = 100 нс, получаем:
Таким образом есть два пути уменьшения помехи:
1. Активное сопротивление проводника:
R = l/γA, где l – длина проводника, γ – электрическая удельная проводимость материала, А – поперечное сечение проводника. Для уменьшения помехи проводник должен быть предельно коротким, а его поперечное сечение должно быть большим. При больших скоростях изменения тока начинает проявляться поверхностный скин–эффект и его необходимо учитывать.
2. Для уменьшения L и Ust можно сокращать длину проводов, расстояние между ними, а для проводников прямоугольной формы увеличивать отношение сторон прямоугольника (проводник квадратного сечения имеет большую индуктивность, чем прямоугольник прямоугольного сечения при одних и тех же площадях).
Для снижения гальванического влияния необходимо:
- выполнение геометрических рекомендаций о параметрах соединения проводов;
- устранение совместных проводящих соединений между различными контурами, чтобы ток мощного контура не протекал по слаботочному контуру
– это реализуется отказом от общих обратных проводников в цепях передачи сигналов от использования корпусов и проводов заземления в качестве проводов сигнальных цепей.
Рис. 3.2. Гальваническое влияние через разомкнутую петлю заземлений:
а – схема устройства; б – схема, поясняющая формирование напряжений
помехи Ust.
Гальваническое влияние по контурам заземления.
Два прибора G1 и G2 пространственно разделены друг от друга. Контур полезного сигнала заземлен в двух точках у корпусов приборов. По условиям техники безопасности корпуса приборов должны быть заземлены, а общие шины сигнального контура соединяются с корпусом прибора (рис. 3.2.).
Между точками 1 и 2 может возникнуть разность потенциалов из–за тока в контуре заземления (однофазное короткое замыкание, удар молнии). Эта разность потенциалов U12 вызывает ток помехи Ist, который обуславливает величину помехи Ust.
Для снижения этого вида помех необходимо:
1. Уменьшать сопротивление между точками 1 и 2 путем выполнения пола в виде проводящей поверхности или соединением приборов массивными с большим сечением проводниками;
2. Вторым путем уменьшения влияния помехи является уменьшение тока Ist путем разделения контуров заземления. При этом общий провод прибора G1 не соединяют с корпусом прибора, а вместо этого соединения появляется емкостная связь (паразитная) zc. Эта емкость вызывает уменьшение тока помехи Ist.
3. Применение разделительного трансформатора в сигнальном контуре. Эффективно лишь для сигналов с низкой и средней частотой. (Рис. 3.3.)
4. Применение нейтрализующего трансформатора, при этом обмотки намотаны согласно, магнитные потоки от полезного сигнала компенсируются, а от токов помех суммируются. Защитный эффект пропорционален частоте помехи. (Рис. 3.4.)
5. Применение ферритовых колец. Сигнальный контур проходит внутри ферритового кольца. При этом магнитные поля от сигнала компенсируются, а помехи усиливаются. (Рис. 3.5.)