Hoy en día, la frecuencia de reloj de los sistemas electrónicos es de varios cientos de megahercios, los bordes inicial y final de los pulsos utilizados se encuentran en el rango de sub-nanosegundos, y los circuitos de video de alta calidad también se utilizan para velocidades de píxeles de sub-nanosegundos. Estas velocidades de procesamiento más altas representan desafíos constantes en la ingeniería. Entonces, cómo prevenir y resolver el problema de la interferencia electromagnética del conector es digno de nuestra atención.
La tasa de oscilación en el circuito se vuelve más rápida (tiempo de subida / bajada), la amplitud de voltaje / corriente aumenta y el problema se agrava. Por lo tanto, es más difícil resolver la compatibilidad electromagnética (EMC) hoy que antes.
Antes de los dos nodos del circuito, la corriente de pulso que cambia rápidamente representa la denominada fuente de ruido de modo diferencial. El campo electromagnético alrededor del circuito puede acoplarse a otros componentes e invadir la parte de conexión. El ruido acoplado inductiva o capacitivamente es una interferencia de modo común. Las corrientes de interferencia de radiofrecuencia son iguales entre sí, y el sistema se puede modelar como: compuesto por una fuente de ruido, un" circuito víctima" o" receptor" ;, y un bucle (normalmente un backplane). Se utilizan varios factores para describir el tamaño de la interferencia: la intensidad de la fuente de ruido, el tamaño del área alrededor de la corriente de interferencia y la tasa de cambio.
Por tanto, aunque existe la posibilidad de que se produzcan interferencias no deseadas en el circuito, el ruido casi siempre es co-modelo. Una vez que se conecta un cable entre el conector de entrada / salida (E / S) y el chasis o el plano de tierra, cuando aparece algo de voltaje de RF, unos pocos miliamperios de corriente de RF pueden ser suficientes para exceder el nivel de emisión permitido.
Acoplamiento y propagación de ruido
El ruido de modo común es causado por un diseño irrazonable. Algunas razones típicas son que las longitudes de los cables individuales en diferentes pares son diferentes, o que las distancias al plano de potencia o al chasis son diferentes. Otra razón son los defectos de componentes, como bobinas de inducción magnética y transformadores, condensadores y dispositivos activos (como la aplicación de circuitos integrados especiales (ASIC)).
Los componentes magnéticos, especialmente el llamado&"estrangulador de núcleo de hierro &"; inductores de almacenamiento de energía tipo, se utilizan en convertidores de potencia y siempre generan campos electromagnéticos. El espacio de aire en el circuito magnético es equivalente a una gran resistencia en un circuito en serie, donde se consume más energía. Como resultado, la bobina de choque con núcleo de hierro se enrolla en la varilla de ferrita para generar un fuerte campo electromagnético alrededor de la varilla, y la fuerza de campo más fuerte se encuentra cerca del electrodo. En una fuente de alimentación conmutada que utiliza una estructura de retorno, debe haber un espacio en el transformador con un fuerte campo magnético en el medio. El elemento más adecuado para mantener el campo magnético es el tubo en espiral, de manera que el campo electromagnético se distribuye a lo largo del núcleo del tubo. Esta es una de las razones por las que se prefiere la estructura en espiral para elementos magnéticos que operan a altas frecuencias.
Los circuitos de desacoplamiento inapropiados también suelen convertirse en fuentes de interferencia. Si el circuito requiere una gran corriente de pulso y no se puede garantizar la necesidad de una capacitancia pequeña o una resistencia interna muy alta durante el desacoplamiento parcial, el voltaje generado por el circuito de potencia caerá. Esto es equivalente a rizado o equivalente a cambios rápidos de voltaje entre terminales. Debido a la capacitancia parásita del paquete, la interferencia puede acoplarse a otros circuitos, causando problemas de modo común.
Cuando la corriente de modo común contamina el circuito de interfaz de E / S, el problema debe resolverse antes de pasar por el conector. Se sugieren diferentes aplicaciones para utilizar diferentes métodos para resolver este problema. En el circuito de video, las señales de E / S son de un solo extremo y comparten el mismo bucle común. Para solucionarlo, utilice un pequeño filtro LC para filtrar el ruido. En una red de interfaz en serie de baja frecuencia, algo de capacitancia parásita es suficiente para derivar el ruido a la placa inferior. Las interfaces impulsadas diferencialmente, como Ethernet, generalmente se acoplan al área de E / S a través de un transformador, y el acoplamiento lo proporcionan las tomas centrales en uno o ambos lados del transformador. Estas tomas centrales están conectadas a la placa inferior a través de un condensador de alto voltaje para derivar el ruido de modo común a la placa inferior para que la señal no se distorsione.
Ruido de modo común en el área de E / S
No existe una solución universal para resolver todo tipo de problemas de interfaz de E / S. El objetivo principal de los diseñadores es diseñar bien el circuito y, a menudo, pasan por alto algunos detalles que se consideran simples. Algunas reglas básicas pueden minimizar el ruido antes de que llegue al conector:
1) Coloque el condensador de desacoplamiento cerca de la carga.
2) El tamaño del bucle de la corriente de pulso que cambia rápidamente de los bordes delantero y trasero debe ser el más pequeño.
3) Mantenga los dispositivos de alta corriente (es decir, controladores y ASIC) alejados de los puertos de E / S.
4) Mida la integridad de la señal para asegurar el mínimo sobreimpulso y subimpulso, especialmente para señales críticas con grandes corrientes (como relojes y buses).
5) Utilice filtrado local, como ferrita de RF, para absorber la interferencia de RF.
6) Proporcione una conexión traslapada de baja impedancia a la placa base o una referencia en el área de E / S en la placa base. Conectores y ruido de RF
Incluso si los ingenieros toman muchas de las precauciones enumeradas anteriormente para reducir el ruido de RF en el área de E / S, no hay garantía de que estas precauciones sean lo suficientemente exitosas para cumplir con los requisitos de emisión. Parte del ruido es interferencia conducida, es decir, la corriente de modo común fluye en la placa de circuito interno. La fuente de esta interferencia está entre el backplane y el circuito. Por lo tanto, esta corriente de RF debe fluir a través del camino con la impedancia más baja (entre la placa inferior y la línea de transporte de la señal). Si el conector no presenta una impedancia suficientemente baja (en la superposición con la placa base), la corriente de RF fluye a través de la capacitancia parásita. Cuando esta corriente de RF fluye a través del cable, inevitablemente se producirán emisiones.
Otro mecanismo para inyectar corriente en modo común en el área de E / S es el acoplamiento de fuertes fuentes de interferencia cercanas. Incluso algunos&"blindados &" Los conectores son inútiles porque la fuente de interferencia está cerca del conector, como un entorno de PC. Si hay un espacio entre el conector y la placa posterior, el voltaje de RF inducido aquí puede degradar el rendimiento de EMC.
Existen métodos para proteger conectores, agregar lengüetas o juntas. La superposición del conector es para llenar el espacio entre el conector y la carcasa. Este método requiere un revestimiento. Las juntas metálicas son mejores siempre y cuando se manipulen correctamente, es decir, siempre que la superficie no esté contaminada, siempre que las manos no toquen ni dañen la junta, y siempre que haya suficiente presión para mantener una buena, baja -contacto de impedancia.
Otro método es instalar el conector en el conector o instalar el conector en la carcasa. En este momento, la superficie de contacto máxima es ligeramente más pequeña y el tamaño y la elasticidad de las pestañas deben controlarse estrictamente. Cuando instale un conector blindado, haga una abertura en la carcasa y retire el aceite del lado de la abertura. Hágalo con cuidado. Si la tolerancia no es adecuada, el conector se hundirá demasiado en la carcasa y se interrumpirá la superposición. Todo ingeniero de EMC sabe que en un" excelente" sistema, este problema debe cumplir con los requisitos de lanzamiento y ser verificado a tiempo en la línea de producción. Las juntas sueltas o dobladas, instaladas en el aceite en áreas críticas, fallarán.
El conector EMI se seleccionó por las siguientes razones:
1) El plástico espumado conductor es extremadamente suave y se puede colocar en toda la circunferencia del conector. Esto elimina los problemas relacionados con la otra carcasa y la junta.
2) El ingeniero mecánico puede instalar el conector dentro del rango de tolerancia aceptable del chasis del sistema.
3) El conector y el chasis están conectados con baja impedancia para asegurar un buen contacto. El revestimiento en el lado interior de la pared del gabinete puede estar hecho de materiales más blandos cuando se requiere pintar y tiene un requisito de enmascaramiento.
4) Para diseños que requieran enfriamiento forzado, la junta debe tener preferiblemente otra característica: la unión entre el conector y la pared de la carcasa debe sellarse para reducir las fugas de aire. En un ambiente polvoriento, la junta debe ayudar a mantener limpio el sistema.
