. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Využití feritů v EMI IV - Plošné spoje
19. ledna 2011 - 8:08 | Pandatron | Využití feritů v EMI IV - Plošné spoje | Komentářů: 1  

Využití feritů v EMI IV - Plošné spoje

V dalším díle seriálu o využití feritů a feritových materiálů v technice omezení EMI je zaměříme na vznik a šíření rušení na desce s plošnými spoji.

V předchozích dílech seriálu o využití feritových materiálů v technice EMI jsme si popsali základní vlastnosti feritového materiálu a jeho výhodné vlastnosti pro potlačení nežádoucího elektromagnetického vyzařování. Rovněž jsme si objasnili problematiku kolem stejnosměrného proudu a jeho vlivu na feromagnetické materiály. Dnes bych rád otevřel úplně nové téma, kterým je vznik a potlačení EMI na deskách s plošnými spoji.

EMI řešíme u zdroje
Základní návrh z pohledu EMC vyžaduje, aby se EMI (nežádoucí elektromagnetické vyzařování) potlačilo přímo u svého zdroje, tedy na desce s plošnými spoji, kde nejčastěji vzniká. Pouze tak je možné omezit nežádoucí vyzařování a šum na velice malé oblasti dané desky a snížit pravděpodobnost ovlivnění dalších obvodů. Je přitom lhostejné, šíří-li se vysokofrekvenční rušivé signály prostřednictvím integrovaných obvodů, nebo měděných spojů v jejich okolí. Téměř vždy navíc dochází k dalšímu šíření formou vyzařování jak obvody, tak připojenými kabely, otvory ve stínění apod.

Z toho vyplývá, že omezení EMI přímo u zdroje jeho vzniku bývá tím nejefektivnějším a zároveň nejlevnějším řešením celého problému. Největší výhodou je, že se přitom můžeme zaměřit pouze na několik konkrétních obvodů, produkujících nežádoucí signály a ne omezovat, případně stínit vyzařování celého zařízení. Efektivní filtrací zdroje můžeme rovněž omezit celkové výdaje na EMC a náklady spojené s dodatečným stíněním, kterým by v opačném případě bylo nutné celý problém vysokofrekvenčního šumu řešit.

Vyzařování v rozvodu napájení a zemní potenciál
Je-li řeč o rozvodu napájecího napětí, můžeme si jako ideální příklad vzít počítačové základní desky. Především na těch nových bývá osazené velké množství spínaných konvertorů a navíc se pracuje s vysokými špičkovými proudy, takže máme krásný příklad problému.

Hlavní podíl na produkci EMI má zde periodické spínání digitálních obvodů. Zjednodušený model problematiky digitálního integrovaného obvodu (IC) je uveden na obr. 1. Pokaždé, když dojde k přepnutí hodnoty výstupního pinu IO, dojde zároveň k produkci vysokofrekvenční energie, tekoucí od obvodu do distribučního rozvodu napájecího napětí (Vcc a Gnd). V důsledku toho dojde zároveň i k malé výchylce napájecího napětí, nebo špičkovému poklesu napětí. Jelikož se však tento proces neustále periodicky opakuje a rušení je produkováno při každé změně logické úrovně výstupních pinů, tvoří se na desce a napájecí sběrnici trvalý šum na nosné frekvenci, odpovídající pracovní frekvenci obvodu. Další integrované obvody, které jsou také na této desce umístěny, jsou rušením z napájecího napětí ovlivněny a přenáší jej do dalších systémů. O další přenos a především vyzařování do okolí se pak postarají napájecí a datové kabely, které jsou k desce připojeny. Jejich funkce se v tomto případě velice podobá funkci antény a rušení je s vysokou účinností vyzařováno i do vzdáleného okolí.


Obr. 1: Model vzniku nežádoucího rušení v integrovaných obvodech

Tím si celou problematiku můžeme zjednodušit na přenos rušivých signálů po napájecích sběrnicích a simulovat jako koncentrovanou impedanci. Právě jejím prostřednictvím totiž aktivní prvky (většinou integrované obvody) šíří značnou část vysokofrekvenčních proudů. Ideální stav je samozřejmě takový, kdy je impedance napájecí sběrnice rovna nule. Pouze tehdy mohou aktivní prvky čerpat neomezeně velké, špičkové spínací proudy, aniž by přitom docházelo k jakémukoliv ovlivnění napájecího napětí. Bohužel, takového ideálního stavu není možné v praxi nikdy dosáhnout!

Velikost impedance napájecího rozvodu můžeme pouze omezit. To se v první řadě provádí přidáváním blokovacích kondenzátorů mezi napájecí pin a společnou zem, samozřejmě co nejblíže danému obvodu. Tím, že kondenzátor do sebe akumuluje určitou energii, nám zajišťuje, že při špičkovém odběru je celá energie (v ideálním případě) vzata právě z jeho zásob. Tuto techniku můžeme také popsat jako umístění vysokofrekvenčního zkratu mezi napájecí pin obvodu a společnou zem, jak nám přibližuje obr. 2.


Obr. 2: Integrovaný obvod jako zdroj rušení a blokovací kondenzátor

V praxi se bohužel ukázalo, že blokovací kondenzátory jsou účinné maximálně do 75 MHz, kdy jsou ještě schopny zajistit dostatečnou filtraci nežádoucího zvlnění. Na vyšších frekvencích je jejich účinnost výrazně omezena, především přítomností rezonančních obvodů. Nejvýraznější rezonance nám v obvodu vznikají na interakci blokovacích kondenzátorů s indukčnostmi a dalšími parazitními prvky napájecích spojů. Na vyšších frekvencích se tak veškerá činnost kondenzátorů ztrácí a celý obvod se začíná chovat jako indukčnost. Tomuto problému se již v minulosti věnovala spousta inženýrů, snažících se vyřešit problém vhodnějším rozložením nežádoucích frekvencí a blokovacích kondenzátorů.

V příštím díle seriálu o Využití feritů v EMI budeme v tomto tématu pokračovat a dostaneme se již k možnostem využití feritů na deskách s plošnými spoji a jejich vlivu na napájecí sběrnice.

Zdroj: Laird Technologies







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 20. 01. 2011 v 12:55 zaslal host
Bez titulku
Konečně někdo napíše něco o feritových perlách. Každej je používá, ale nikdo neví proč. :-)


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
USB teploměr a vlhkoměr
Digitální USB teploměr a vlhkoměr s možností připojení externího čidla, funkcí termostatu se zasíláním e-mailu i přenosem dat na webový server.
Skladem od 600 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007