- •10 Основы обеспечения электромагнитной совместимости рэс
- •10.1 Основные понятия
- •10.2 Уровни обеспечение эмс при проектировании рэс
- •10.3 Средства обеспечения эмс на этапе конструирования
- •10.4 Выполнение заземления в рэс
- •10.5 Электрические фильтры
- •10.5.1 Основные параметры фильтров
- •10.5.2 Конфигурации помехоподавляющих фильтров
- •10.5.3 Компоненты фильтров
- •10.6 Подавление сетевых помех
- •10.7 Фильтрация помех в шинах питания цифровых схем
- •10.8 Экранирование в конструкциях рэс
- •10.8.1 Ближняя и дальняя зоны
- •10.8.2 Электростатическое экранирование в ближней зоне
- •10.8.3 Магнитостатическое экранирование
- •10.8.4 Экранирование высокочастотного магнитного поля
- •10.8.5 Электромагнитное экранирование
10.7 Фильтрация помех в шинах питания цифровых схем
Основными причинами возникновения помех в ШП являются:
- генерация импульсных помех при коммутации цифровых ИС;
- проникновение помех из вне, например, от источника питания.
При переключении ТТЛ логических элементов в их целях питания возникает импульс тока(рис. 10.23).
Рис. 10.23 – Переключение ТТЛ вентиля
В результате имеем две проблемы:
1) напряжение питания для ИМС может выйти за пределы установленного допуска, и она перестанет нормально функционировать;
2) импульсы тока в цепи питания являются помехой для рядом расположенных ИМС.
Рассмотрим последнюю проблему. Из-за того, что шины питания имеют ненулевые импедансы, в них возникают импульсы напряжения, которые могут распространяться и по сигнальным линиям (рис 10.24)
Рис. 10.24
Из этой схемы следует, что
,
где - суммарное падение напряжения от сигнального тока и тока питания.
Падение напряжения на индуктивном сопротивлении определяется произведением , т.е. оно пропорционально индуктивности и скорости измерения тока. Максимальный уровень помех будет иметь место при одновременном срабатывании большого числа ЛЭ, например, при записи информации в параллельный регистр.
В основе методов уменьшения помех в шинах питания лежат следующие принципы:
а) уменьшение импеданса ШП, прежде всего индуктивной составляющей. Важно знать, как влияет форма проводника на его индуктивность (рисунок 10.25)
Рис. 10.25
б) снижение скоростей изменения токов в шинах питания ( ) с помощью конденсаторов;
в) сокращение длины общих участков шин питания.
Рассмотрим примеры конкретного воплощения этих принципов.
В многослойных печатных платах МПП шины питания, как правило, выполняются в виде проводящих плоскостей. Простейшая структура МПП имеет вид:
В двухсторонних печатных платах иногда используются навесные шины питания. Их применение позволяет:
- значительно уменьшить ( ) и ( ) за счет большого сечения и минимальной длины;
- облегчить разработку топологии ПП;
- увеличить жесткость конструкции.
Недостатками такого решения являются: повышение трудоемкости сборки; увеличение массы и высоты ячейки, несовместимость с поверхностным монтажом.
а) б)
Рис. 10.26
На рисунках 10.26 показаны два варианта размещения проводников питания:
а) нежелательный вариант: большая площадь контура ( ) - хорошая «антенна».
б) лучший вариант: минимальная площадь контура, компенсация магнитных потоков.
Таким образом, при разработке топологии платы желательно максимально сближать шины питания и земли.
На практике для подавления ВЧ помех широко используются керамические конденсаторы. Их эффективность зависит от числа расположения на ПП, величины емкости и каждого конденсатора паразитной индуктивности. Не рекомендуется использовать конденсаторы с длинными выводами и гр. НРО. Эффективность отдельно взятого конденсатора зависит от его конструкции (Рис. 10.27).
Рис. 10.27
Существует несколько интерпретации принципа действия фильтрующего конденсатора:
- конденсатор совместно с импендансами ШП образует ФНЧ:
- конденсатор «закорачивает» ВЧ помеху;
- будучи установленным вблизи ИС конденсатор является индивидуальным источником питания этой ИС.
В любом случае наиболее эффективен вариант, когда около каждой ИС устанавливается свой фильтрующий конденсатор. Но этот вариант самый расточительный, поэтому обычно предусматривается один конденсатор на группу ИС.