Защита от воздействия помех

Способность аппаратуры нормально функционировать при не­котором уровне помех и самой не создавать помех 'выше опреде­ленного уровня, нарушающих нормальную работу установленной рядом аппаратуры, называется электромагнитной совместимостью.

Источники помех .весьма разнообразны по физической природе и подразделяются на внешние, и внутренние.

Внутренние помехи, обусловлены наличием источников помех внутри ЭВА. Источниками электростатических помех являются блоки электропитания, шины распределения электроэнергии, бата­реи, термопары, статические потенциалы, возникающие при тре­нии.. Источниками магнитных полей являются трансформаторы и дроссели. При наличии пульсаций выходного напряжения систему распределения электроэнергии следует рассматривать как источ­ник, излучающий в пространство электромагнитную энергию. Им­пульсные схемы стабилизации вызывают высокочастотные поме­хи через емкостные связи и за счет излучения энергии. Значитель­ные помехи создаются магнитами постоянного тока, электромагнитами, электрическими двигателями, реле и электромеханическими исполнительными механизмами УВВ. Источниками, излучающими энергию в окружающее пространство, являются тактирующие и синхронизирующие схемы, контактная дуга в двигателях и реле. Внутренними помехами также являются ломехи от рассогласова­ния параметров линий связи с входными—выходными цепями электронных схем, а также помех, появляющихся на земле.

Под внешними помехами понимаются помехи от сети электро­питания', размещаемой по соседству радиоэлектронной передаю­щей аппаратурой, средствами связи, щеточными двигателями, сва­рочными аппаратами и пр., а также помехи атмосферные и косми­ческие.

Помехи от сети электропитания происходят из-за нестабильно­сти напряжения и частоты. При этом затрудняется стабилизация постоянного напряжения, изменяется частота вращения электриче­ских двигателей УВВ и ЗУ, что приводит к появлению сбоев при записи и считывании информации. По сети электропитания воз­можно появление импульсных помех, что обусловлено перегрузкой в сети и появлением пусковых токов при включении оборудования, нагруженного на ту же сеть. Действие на аппаратуру всех прочих внешних помех по физической природе аналогично действию на аппаратуру внутренних помех. Несмотря на большое разнообразие источников помехи попадают в ЭВА через гальваническую связь, электрическое, магнитное, электромагнитное поле.

Приемниками помех в ЭВА являются высокочувствительные усилители, линии связи, магнитные элементы, характеристики ко­торых изменяются под действием полей рассеивания источников помех. Основным способом защиты от помех следует считать уст­ранение самих источников помех. Однако, если таким образом можно избавиться от внешних .источников помех, то внутренние источники в ЭВА будут присутствовать всегда. Поэтому проблема защиты от помех стоит довольно остро и важность ее с микро­миниатюризацией растет.

Заземление. Следует различать схемное и защитное заземле­ние аппаратуры. Схемное заземление представляет собой нулевую точку отсчета всех потенциалов электронных схем. Конструктивно схемная земля представляет систему проводников, выполняемых печатным монтажом, скрученным проводником, одиночным про­водником, коаксиальным кабелем. Защитное заземление объединя­ет все металлические элементы конструкций стоек, рам и блоков, доступ к которым возможен при наладке, ремонте и эксплуатации, общей шиной с отводами наименьшей конструктивной длины с глухозаземленной нейтралью первичной питающей сети, располагаемой обычно около фундамента здания. Защитное заземление гарантирует сохранение потенциала нейтрали на нетоковедущих конструктивных элементах даже при нарушении изоляции распре­делительной системы электропитания и касания ею металлическо­го конструктивного элемента. Система блокировки при подобной аварийной ситуации отключает ЭВА от питающего напряжения и

защищает от возможного поражения электрическим током обслу­живающего персонала. При экранировании экран подсоединяется к защитной земле. Схемное и защитное заземление объединяются в одной точке.

Сложная ЭВА с одной схемной землей функционировать не бу­дет из-за низкой помехоустойчивости. На рис. 8.19 видно, что для определенной конструкторской разработки платы потенциал зем­ли .изменяется от 2 до 100 мВ. Если высокочувствительная схема размещается в зачерненной и светлой областях платы, то она вряд ли будет надежно работать. Обычно в, ЭВА выделяют землю сис­темы электропитания, высокочувствительных линейных схем, импульсных схем, а также относительно нечувствительных мощных схем. Каждая земля изолируется от всех прочих, а электрически они объединяются в одной точке, как правило, в системе электро­питания.

Результат разделения земли показан на рис. 8.20, из которого видно, что для каждой подсхемы ЭВА вводится своя цепь заземления. Затем эти цепи электрически объедиияются в одной точке 3. Внутри каждой подсистемы положен тот же принцип заземле­ния, что и заземление системы. Чем меньше сопротивление между точкой 3 и землей, тем выше качество заземления. Падение на­пряжения на сопротивлении заземления 2.з на рис. 8.21 приведет к появлению ошибки на выходе усилителя в результате смещения

рабочей точки при протекании постоянного тока в цифровой схеме Протекание импульсных токов в цифровой схеме будет изменять сигналы на входе усилителя, что несомненно скажется на работе цифровой схемы. Для полной развязки схем по цепям земли необ­ходимо, чтобы Zз=0.

Появление, контуров заземления—земляных соединений, дуб­лирующих основную земляную цепь, приводит к возникновению контурных токов и, как следствие, дополнительных помех. Кон­турный ток Iк в схеме на рис. 8.22 появляется из-за разности по­тенциалов между точками заземления А и Б. Эту разность потен­циалов можно представить источником напряжения, который на эквивалентной схеме оказывается подключенным последовательно с источником напряжения, моделирующим схему 1. Контуры за­земления недопустимы ни в цифровой, ни в аналоговой аппарату­ре.

Конструктивно земля выполняется массивными короткими мед­ными проводниками' и шинами круглого и прямоугольного сече­ний. Для ослабления взаимного влияния "за счет индуктивной свя­зи земляные проводники должны быть взаимно перпендикулярны. Активное сопротивление Rа проводника вычисляется по формуле

Rа'=рl/S,

где р—удельное сопротивление проводника, Ом-мм² /м; l—дли­на проводника, м; S — поперечное сечение проводника, мм². Со­противление медного проводника круглого сечения за счет поверх­ностного эффекта увеличивается на

Rп=k(f в)^1/2 R _а (8.37)

где f _в—верхняя частота сигнала, МГц; k—коэффициент; его зна­чения для различных диаметров проводника даны в табл. 8.7. При передаче импульсных сигналов частота /в определяется из выра­жения (4.12).

Экранирование. Экраны вводят в конструкцию для ослабления нежелательного возмущающего поля в некоторой ограниченной области до приемлемого уровня. Возможны два варианта защиты. В первом варианте экранируемая аппаратура размещается внутри экрана, а источники помех—вне его, во втором экранируются источники помех, а защищаемая от помех аппаратура располагается вне экрана. Первый вариант используют при защите от внеш-

них помех, второй—от внутренних.. В .обоих вариантах в качест­ве экранов используются металлические оболочки.

В ЭВА функцию экрана выполняют кожух и крышки приборов, блоков и стоек, при выборе материалов и расчета толщины кото­рых кроме соображений эффективности экранирования необходи­мо учитывать требования обеспечения механической прочности, жесткости, надежности соединения отдельных элементов экрана с малым переходным сопротивлением, минимума массы. Отверстия и щели в экране могут уменьшить эффективность экранирования, поэтому, конструируя экран, нужно заботиться о минимуме в нем .отверстий и щелей. Однако целиком от них избавиться не пред­ставляется возможным. Щели возникают, если прибор или стойка защищается крышками, устанавливаемыми и закрепляемыми на каркасе. Отверстия вводятся в кожух для установки соединителей, элементов управления и индикации, для обеспечения нормального теплового режима. Эффективность экрана не ухудшится, если в его конструкции выполнены отверстия, максимальная длина кото­рых не превышает 0,5 минимальной длины волны экранируемого сигнала. Чтобы помехи не проникали через вентиляционные отверстия, на внутренней поверхности закрепляется металлическая сетка.