4.9. Оценка помехоустойчивости

Для оценки помехо­устойчивости изделий ЭВА на печатной плате определяют емкостную и индуктивную составляющие паразитной свя­зи, которые зависят соответственно от паразитной емкости С между печатными проводниками и паразитной взаимоиндукции М между ними.

Паразитная емкость между двумя печатными проводни­ками .

(4.12)

где l₁ — длина взаимного перекрытия проводников, см,

, (4.13)

— погонная емкость между двумя проводниками, пф/см; k_п — коэффициент пропорциональности (выбирается по графику ОСТ 4. Г0. 10.009, изображенному на рис. 4.7), пф/см; e' — диэлектрическая проницаемость среды для проводников, расположенных на поверхности платы или внутри слоев, МПП, определяется по формуле

где бд - диэлектрическая проницаемость материала пла­ты; вд - диэлектрическая постоянная воздуха;

- для пе­чатных плат, покрытых лаком

где — диэлектрическая проницаемость лака.

Рис. 4.7. Коэффициент пропорциональности Кп

Паразитная емкость проводника в системе из трех и бо­лее проводников определяется как сумма паразитных ем­костей пар проводников. Паразитная взаимоиндукция между печатными провод­никами М, нГн, определяется по формулам:

Рис. 4.8. Параллельно расположенные про­водники: а — для платы без эк­рани- рующей плоскости; б — для платы с экра­нирующей плоскостью

- для платы без экранирующей плоскости (рис. 4.8, а)

(4.14)

- для платы с экранирующей плоскостью (рис. 4.8,6)

(4.15)

где - ширина печатных проводников; — длина печатного проводника, см; ln — натуральный логарифм. Индуктивность печатного проводника

(4.16)

где - погонная индуктивность печатного проводника, мкГн см (определяется в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.009 по рис. 4.9).

Рис. 4.9. Зависимость погонной индуктивности от ширины печатного проводника

Для проверочных расчетов допустимых паразитных свя­щен на печатных платах следует учитывать динамическую помехоустойчивость применяемых цифровых микросхем или снижение усиления аналоговых микросхем. Паразитный С и L не должны превышать допустимые значения.

При этом возможно два случая:

1) ложное срабатыва­ние, когда помеха, сфор­мированная на печатных платах, может привести к переключению ИМС, не предусмотренному алго­ритмом работы функцио­нального узла;

2) сбой работы ИМС по предусмотренному алго­ритму, когда сигнал по­мехи накладывается на информационный сигнал ц препятствует .нормаль­ному функционированию.

Динамическая помехоустойчивость базовых ИМС в слу­чае ложного срабатывания характеризуется значениями амплитуды импульса помехи U_пом и длительности помехи t_пом, при которых еще не происходит переключений RS-триггера.

Незадействованные концевые контакты в модулях при мик­росборках следует соединять с шинами заземления и рас­полагать между сигнальными выводами.

Для снижения уровня помех, обусловленных индуктив­ностью шин питания и заземления, рекомендуется увели­чивать ширину шин питания и заземления до 5 мм, распо­лагая их друг под другом на соседних слоях или выполняя в виде смежных плоскостей в цепях получения воз­можно большей конструктивной емкости фильтра цепи пи­тания [7].

Высокочастотные ИМС соединяют между собой согласованными кабелями, витыми парами или парами печатных проводников (сигнальным и заземления).

Емкость фильтрующего (сглаживающего) конденсатора рекомендуется определять в соответствии с формулой

(4.17)

где — наибольшая длительность фронта импульса то­ка в переключающих схемах, подключенных к участку шины питания, мкс; п — число, показывающее, во сколько раз уменьшится амплитуда паразитных осцилляции в ши­нах питания (значение п от 10 до 50); - суммарная ин­дуктивность участков шин питания и заземления, нГн;

где — длина, ширина и толщина шины заземления, cm .

Тип конденсатора фильтра выбирается по значению ем­кости и сопротивления этого конденсатора. Сопротивление конденсатора фильтра Zс, Ом, определяется по формуле

где Uф — амплитуда падения напряжения на конденсаторе фильтра, В; Iф — амплитуда тока, проходящего через кон­денсатор фильтра, А.

Для одновременного уменьшения низкочастотных пара­зитных осцилляции в шинах питания следует параллельно низкочастотному конденсатору включать один или несколь­ко (два, три) высокочастотных конденсаторов с малым моду­лем сопротивления, низкочастотные конденсаторы фильтра устанавливаются по одному на каждый номинал питающего напряжения в непосредственной близости от электрическо­го соединителя на печатной плате.

Следует отличать шину “земли”, от “общей шины”. Ши­на “земля” не должна использоваться для передачи мощно­сти. Проводники “земля” и “общая шина” необходимо со­единять только в одной точке системы, в противном случае образуется замкнутый контур, излучающий помехи и схе­му.

Необходимо питать цепи, потребляющие большой ток от отдельного источника.

Итак, для оптимизации межэлементных соединений, мон­тажа и компоновки модулей и приборных шкафов ЭВА мож­но выделить некоторые общие рекомендации для удовлетво­рения требования помехоустойчивости модулей.

При использовании печатного монтажа помехоустойчи­вость модулей должна обеспечиваться:

- рациональной раз­водкой печати с учетом помехоустойчивости ИМС путем ми­нимизации длин связей и оптимизации разрешающей спо­собности печати;

- применением в МПП экранирующей пло­скости;

- переходом к полосковым линиям;

- использованием для шин питания полосковых линий с низким полным со­противлением;

- согласованием полных сопротивлений по­лосковых линий с применением ИМС, микросборок и бескорпусных микросборок;

- расположением между парал­лельными проводниками заземленных проводников для ча­стичного экранирования параллельных проводников;

- уста­новкой низко- и высокочастотных фильтров по каждому но­миналу питающего напряжения на печатных платах вблизи электрического соединителя.

При использовании объемного монтажа для обеспечения помехоустойчивости изделий применяют [7]:

- рациональную разводку объемных проводников с учетом помехоустойчи­вости ИМС;

- согласование полных сопротивлений симмет­ричных двухпроводных линий передачи со, свитыми пара­ми и коаксиальными кабелями или экранирующими прово­дами; - преимущественное использование плоских жгутов (кабелей ГПК);

- специальные земляные шины в , блоках и приборных шкафах;

- низкочастотные и высокочастотные фильтры в цепях питания;

- автономные источники пи­тания в блоках;

- экранирование блоков и приборных шка­фов ЭВА.

Для решения проблемы помехоустойчивости модулей на печатных платах необходимо выполнить ряд условий со­пряжения функциональных устройств и узлов ЭВА, среди которых можно выделить:

- применение электрических соеди­нителей, обеспечивающих согласование полного сопротив­ления и малый уровень перекрестных помех;

- применение перехода кабеля, свитых пар и экранирующих проводов через электрические соединители.

Для ориентировочного определения параметров объем­ного монтажа можно использовать усредненные значения погонных емкостей проводников для различных видов свя­зи:

- одиночный проводник, расположенный вплотную к пе­чатной плате, (30 ... ...50) 10^-12 Ф/м;

- проводник в объемном жгуте с плотностью 10 ... 40 проводников на 1 см² попереч­ного сечения, (40...70)10^-12Ф/м;

- экранированный про­водник, (100 ... 200) 10^-12 Ф/м;

- витая пара проводников в экране, (50 ... 100) 10^-12 Ф/м;

- витая пара проводников, (35 ... 50) 10^-12 Ф/м;

- плоский жгут из проводов МГШВ, (0,2... 33) 10^-12 Ф/м [9].