7.3 Расчет электромагнитной совместимости

Целью расчета электромагнитной совместимости является определение работоспособности устройств в условиях воздействия перекрестных помех в линиях связи, а также внешних электромагнитных полей.

На рисунке представлена эквивалентная схема электромагнитной совместимости активной (питание микросхемы) и пассивной (сигнального проводника) линии.

Модуль первого уровня выполнен в виде ячейки на двусторонней печатной плате четвертого класса точности из стеклотекстолита СФ-2Н-50. Ширина проводников и расстояние между ними равны 0,3 мм. Максимальная длина области связи проводников пассивной и активной линий - 120 мм. Максимальное напряжение в активной линии составляет 5 В на частоте 3,2 МГц. В ячейке используются микросхемы серий КР1533, К561, КС573, КР537 и Z80.

В состоянии логической единицы помеха меньше влияет на срабатывание логического элемента, чем в состоянии логического нуля, т.к. в этом случае выше помехоустойчивость ЭРЭ. Поэтому рассмотрим случай, когда на выходе микросхемы логический нуль.

Необходимые данные для расчета перекрестных помех приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Электрические параметры используемых серий микросхем

Серия ИС	U0вх, В	U0вых, В	I0вх, мА	I0вых, мА	R0вх, Ом	R0вых, Ом
Z80	0,5	0,5	2,6	32	500	120
КР1533	0,4	0,4	0,1	8	800	100
КC573	0,45	0,45	0,8	3,2	560	140
КР537	0,45	0,45	0,9	3,4	660	210

При этом входное и выходное сопротивления определяются по формулам, Ом

;

Исходные данные для расчета:

Е - напряжение генератора в активной линии связи

Е=Е₀е^jwt,

где w=2f - круговая частота генератора. Для разрабатываемого устройства E₀=5 В, f=3,210⁶ Гц.

R1, R2, R3 - сопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях;

 - расстояние между проводниками (минимальное расстояние между краями проводников =1,510^-4 м);

h - толщина проводников (h=510^-5 м);

b - ширина проводников (b=310^-4 м);

U_n - помехоустойчивость микросхем [ , и ];

L - длина области связи проводников. Для предварительного расчета длину области связи проводников можно принять равной максимальной стороне ПП, т.е. L=0,12 м.

Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенных на наружных поверхностях платы

_r = 0,5_п = 0,56=3,

где _п - диэлектрическая проницаемость материала платы. Для стеклотекстолита _п = 6.

Определяем взаимные емкости С и индуктивности М линий связи для заданного типа электрических соединений.

Взаимные емкости параллельных проводников на печатной плате

Определяем взаимную индуктивность в параллельных проводниках печатной платы, мкГн

Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками активной и пассивной линий связи. Для проводников, расположенных на одной поверхности ПП, Ом

R_и=  L,

где  - удельное поверхностное сопротивление основания печатной ПП (у стеклотекстолита =510¹⁰ Ом).

Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками активной и пассивной линий связи

R_и=  L= 510¹⁰1,510^-4 / 0,12=6,2510⁷ Ом

Определяем действующее напряжение помехи на сопротивлениях R₂ и R₃. При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входные сопротивления микросхем. Тогда расчет проводится по формуле [ , страница 389]

Определим действующее напряжение помехи на входе микросхемы К1533 в режиме логического “0”

Сравниваем действующее напряжение помехи в пассивной линии с помехоустойчивостью микросхемы. Для используемых серий микросхем U_п=0,4 В, т.е. U⁰_вых<<U_п.

Таким образом, действие помехи не приведет к нарушению работоспособности модуля.

Вывод. Из проведенных расчетов и условий эксплуатации, заданных в техническом задании, следует, что проектируемое устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования.