Specijalitet 221600
Sankt Peterburg
1. SVRHA RADA
Svrha ovog rada je proučavanje principa rada i utvrđivanje efikasnosti supresora impulsnih smetnji širokog spektra.
2. KRATKE INFORMACIJE IZ TEORIJE
Glavne metode zaštite radio prijemnika od impulsnih smetnji širokog spektra su:
a) neprijamni - upotreba usko usmjerenih antena, uklanjanje antene iz zone impulsne smetnje i suzbijanje smetnji na mjestu njihovog nastanka;
b) kolo - različiti načini obrade mješavine korisnog signala - impulsni šum u cilju slabljenja ometajućeg efekta.
Jedna od efikasnih metoda kola za suočavanje sa impulsnim šumom je upotreba širokopojasne – amplitudnog limitera – uskopojasne šeme (SHOU šema). Takva shema se često koristi u radio komunikacijama.
U ovom radu proučavamo SHOW šemu za dva slučaja:
a) korisni signal su video impulsi;
b) korisni signal je kontinuirani radio signal sa amplitudnom modulacijom.
Strukturni dijagrami za ove slučajeve prikazani su na sl. 1a i 1b, respektivno. U prvom slučaju, SHOU kolo se nalazi iza detektora amplitude BP, u drugom slučaju, na putu radio frekvencije do BP.
SHOW šema predstavljena na sl. 1a uključuje širokopojasno video pojačalo, graničnik amplitude i uskopojasno video pojačalo spojeno u seriju. Na ulazu kola: mešavina signala i interferencije dolazi iz detektora (slika 2a), a trajanje signala je mnogo veće od trajanja smetnje (tc>>tp), a amplituda smetnje je mnogo veća od signala amplituda (Up>>Uc). Širokopojasno pojačalo je dizajnirano da pojača ulaznu mješavinu do nivoa koji osigurava normalan rad limitera. Širina pojasa putanje pojačavanja do limitera je odabrana tako da se izbjegne značajno povećanje trajanja interferentnog impulsa (slika 2b). Prag klipinga je nešto veći od nivoa korisnog signala, tako da nakon klipinga nivoi signala i šuma postaju skoro jednaki (slika 2c). Uskopojasno video pojačalo (ili filter) djeluje kao integrator čija je vremenska konstanta usklađena s trajanjem signala i daleko premašuje trajanje šuma. Zbog činjenice da je tc>>tp, signal na izlazu filtera ima vremena da poraste do svoje amplitudne vrijednosti, ali šum ne (slika 2d). Stoga se odnos signal-šum na izlazu SHOW kola dramatično povećava.
Procijenimo pojačanje u odnosu signal/šum kada koristimo SHOW šemu. Na ulazu kola javlja se signal amplitude Uc i trajanja tc i interferencija sa pravokutnim omotačem (Up, tp). Ulogu integratora obavlja RC - kolo prvog reda sa prolaznim odzivom oblika
h(t)=1- exp(- tP/ tRC) (1)
gdje je tRC = RC vremenska konstanta filtra.
Iz teorije je poznato da je trajanje porasta signala do nivoa od 0,9 Uc za takvo kolo određeno relacijom
t n=2.3 t RC (2)
Nivo šuma na izlazu graničnika amplitude Up = Ulimit, gdje je Ulimit prag ograničenja, a nivo korisnog signala i šuma na izlazu kola, respektivno
UcIzlaz=0,9 uck (3)
Uduri se= UogreK (4)
gdje je K pojačanje kola. Odnos naponskog signala i šuma na izlazu SHOW kola
hIzlaz=(Uc/ UP)out=0.9*Usa/(Uogre) (5)
Dobit od upotrebe šeme je određena relacijom
(6)
ili, uzimajući u obzir (5),
q1 =0.9* UP/(Uogre(1/)) (7)
As tP<< tRC itsa=2,3 tRC, onda
q1 =(0.9* UP/ Uogre)*(tsa/2,3 tP) » 0.4( UP/ Uogre)*(tsa/ tP) (8)
Kada je SHOW kolo isključeno (limiter isključen), nivo buke na izlazu
Uduri se= UPK (9)
U ovom slučaju, odnos signal-šum na izlazu
hIzlaz=(Uc/ UP)out=0.9*Usa/(UP) (10)
a pojačanje dobijeno zbog "uskog pojasa" izlaznog filtera, usklađenog u opsegu sa korisnim signalom, jednako je
q2=[ hIzlaz/ hin]SHOWoff=0.9/ (11)
Relativni dobitak dobiven korištenjem SHOW šeme definira se kao omjer
n= q1/ q2 (12)
Nakon zamjene (7) i (11) u (12) i uzimanja u obzir relacija
n<< tRC itsa=2,3 tRC, , imamo
n= q1/ q2 = UP/ Uogre (13)
U SHO šemi (slika 16), širokopojasno pojačalo je rezonantni stupnjevi pojačavača srednje frekvencije (IFA) sa širinom pojasa mnogo širim od korisne širine spektra signala. IF se nalazi do limitera. IF kaskada nakon limitera se koristi kao integrator, a propusni opseg ove kaskade je usklađen sa širinom spektra korisnog signala. Kako bi se izbjeglo pogoršanje otpornosti prijemnika na buku zbog proširenja propusnog opsega IF stupnjeva do limitera, SHOU kolo se nalazi što bliže ulazu prijemnika.
3. OPIS LABORATORIJSKE POSTAVKE
Blok dijagram laboratorijske postavke za proučavanje supresora buke prikazan je na sl. 3. Sastav laboratorijske instalacije uključuje:
1. Generator standardnih signala (GSS);
2. Osciloskop;
3. Laboratorijski model supresora smetnji.
Blok dijagram instalacije prikazan je na sl. 4. Kolo sadrži simulator mješavine signala i šuma i SHOW kolo. Amplitudno modulisana oscilacija (AMW) iz GSS se dovodi na ulaz simulatora mešavine signalnog i impulsnog šuma. AMK ima sledeće parametre:
a) amplituda Um = 100 mV;
b) frekvencija nosioca fo == 100 kHz;
c) frekvencija modulacije fm = 1 kHz. Simulator generira sljedeće signale:
Sam - korisni AMK;
Si - impulsni korisni signal;
Sp - pravougaoni impulsni šum;
Spp - interferencija radio impulsa sa pravokutnim oblikom omotača.
SYNC - impuls takta osciloskopa. Na prednjoj ploči laboratorijskog rasporeda moguće je uključiti simulirane signale i šumove pomoću prekidača "Signal on", odnosno "Noise on". Korisni impulsni signal se miješa sa impulsnim šumom u sabiraču å1, a kontinuiranim korisnim signalom iz AM i radio impulsnim šumom - u sabiraču å2. Mješavina korisnog signala sa smetnjama se dovodi u dva SHOW kola dizajnirana da rade i na video frekvenciji i na radio frekvenciji. Preklopni krugovi se obavljaju prekidačem "Sam-Si" koji se nalazi na prednjoj ploči rasporeda. Prvo kolo sadrži širokopojasno video pojačalo (SHVU), limiter, baziran na diodama VD1, VD2 i uskopojasni filter (UV1) koji je implementiran pomoću RC kola. Drugo kolo sadrži širokopojasno pojačalo, limiter, uskopojasni filter (UV2) i AMK detektor. UV2 je oscilatorno kolo L1 Sk1 Sk2, čija je širina pojasa usklađena sa
širina AMC spektra. Limiter se uključuje prekidačem "ON PP". Prekidač sa tri položaja testne tačke (1, 2, 3) omogućava vam da koristite osciloskop za posmatranje signala na ulazu SHOW kola, na ulazu limitera i na izlazu kola.
4. REDOSLED IZVOĐENJA RADOVA
3.1. Upoznajte se sa principom rada supresora smetnji i sastavom opreme koja se koristi.
3.2. Ispitivanje supresora smetnji u prisustvu impulsnog korisnog signala.
3.2.1. Priprema za rad:
Postavite signal na izlazu GSS-a sa sljedećim parametrima:
a) amplituda - 100 mV;
b) frekvencija - 100 kHz;
c) dubina modulacije - 30%.
Uključite raspored, postavite prekidač "Sam-Si" u položaj Si, prekidače "Interference on", "Signal on" - u položaj uključeno, prekidač kontrolne tačke - u položaj 1.
3.2.2. mjerenja:
Pomoću osciloskopa izmjerite parametre signala i šuma na ulazu kola (amplituda signala Uc i šum Upp; trajanje signala tc i šum tp);
Izračunajte omjer signal-šum iz napona na ulazu kola;
Promatrajte signal na kontrolnim točkama kola s uključenim i isključenim prigušivačem buke, isključujući limiter prekidačem "On PP";
Izmjerite omjer signala i šuma na izlazu kola sa uključenim i isključenim supresorom buke;
Na osnovu rezultata merenja odredite relativni dobitak i uporedite sa izračunatim;
Nacrtajte oscilograme na kontrolnim tačkama kola sa uključenim i isključenim supresorom.
3.3. Istraživanje supresora smetnji pri prijemu kontinuiranog cAM signala.
3.3.1. Priprema za rad:
Postavite prekidače u sljedeće položaje:
a) "Sam-Si"-Sam
b) "Signal on" - uključen;
c) "Smetnje uključeno" - isključeno;
d) kontrolne tačke - 3;
promjenom frekvencije generatora unutar 100 kHz, kako bi se postigao maksimalni signal na izlazu detektora. Posmatranje se vrši na ekranu osciloskopa.
3.3.2 Mjerenja:
Promatrajte signal na kontrolnim točkama kola s uključenim i isključenim prigušivačem buke, isključujući limiter prekidačem "On PP",
Izmjerite omjer signala i šuma na ulazu kola (testna tačka 1);
Izmjerite omjer signala i šuma na izlazu kola (testna tačka 3) sa uključenim i isključenim supresorom;
Bilješka, nivoi korisnog signala i šuma na ulazu i izlazu kola se mjere odvojeno (signal i šum se uključuju prekidačima "signal uključen" i "šum uključen");
Na osnovu rezultata merenja odredite pojačanje u odnosu na šum signala kada koristite SHOW šemu i relativno pojačanje.
blok dijagram ispitivanog prigušivača buke;
oscilogrami signala na kontrolnim tačkama kola;
proračun očekivanog dobitka u smislu signala/smetnje pri prijemu video signala;
eksperimentalni podaci o efikasnosti supresora smetnji za video i radio signale.
LITERATURA
Zaštita od radio smetnji. , i sl.; Ed. M.: Sov. radio, 1976
Supresor prenapona za R399A.
U proteklih nekoliko mjeseci, uz uključivanje ulične rasvjete, postalo mi je gotovo nemoguće raditi na zraku zbog prisustva jakih smetnji od DRL lampi. Moj uređaj nije uvezen, već primopredajnik R399A, koji se koristi kao baza za VHF (“Hyacinth” se koristi kao referentni oscilator u HF sintisajzerima za konzole). Otišao sam na godišnji odmor, odlučio sam da se nekako pozabavim nastalim problemom i u roku od nedelju dana osmišljen je predloženi “Supresor impulsne buke (PIP)”.
Šematski dijagram uređaja prikazan je na sl.1. PIP se sastoji od dva čvora: vršnog detektora i čvora za suzbijanje impulsa. Uređaj između drugog miksera i IF je uključen (put 215 kHz).
Kolo detektora vrhova sa nekim modifikacijama pozajmljeno je iz časopisa “Ham Radio, 2, 1973, W2EGH”, posebno su dodati lanci D1, R6, S1 i D2, R7, S2, a sklop supresora je napravljen prema kontrolisano kolo prigušivača R16, C18, Q4, čijim je uvođenjem, između ostalog, donekle poboljšan dinamički opseg AGC prijemnika. Upotreba linija kašnjenja uobičajenih za ove LC uređaje nije dala nikakvu prednost. Vjerojatno zbog njihovog uskog propusnog opsega zbog niskog IF-a i, kao rezultat, “istezanja” impulsa interferencije. Upotreba širokopojasnog pojačala baziranog na tranzistoru KT610A na ulazu vršnog detektora je zbog potrebe da se na izlazu dobije neiskrivljeni signal amplitude do 20 V i, shodno tome, minimalni učinak na trajanje i oblik početnog impulsa šuma. Upotreba dodatnog AGC-a u pojačalu samo je pogoršala njegov rad, ali uvođenje lanca D2, R7 automatski blokira rad PIP-a u prisustvu snažnog korisnog signala (testirano do +60 dB na stvarnom signalu sa vazduh sa punim pojačanjem R1). S1 - "Duboko potiskivanje" omogućava vam da eliminišete čak i male smetnje samo na vrlo niskim nivoima korisnog signala (testirano pri prijemu EME stanica u režimu JT65B), sa jačinom signala od S2 ili više, detektovani omotač preklapa signal. Kvaliteta dekodiranja u režimu FSK441 još uvijek nije stvarno testirana.
PIP šema je još uvijek u procesu finalizacije, ali, ipak, već može pružiti dobru uslugu za pravi rad u eteru onima kojima je potrebna. Svaka revizija i objava koja poboljšava parametre uređaja također je dobrodošla.
U prekidačkim izvorima napajanja, smetnje nastaju prilikom prebacivanja ključnih elemenata. Ova smetnja se indukuje na kablu za napajanje spojenom na AC mrežu. Stoga se moraju preduzeti mjere za njihovo suzbijanje.
Tipično rješenje EMI mrežnog filtera za prekidačko napajanje
Za suzbijanje smetnji koje prodiru kroz kabel za napajanje u primarno kolo iz prekidačkog napajanja, koristi se kolo prikazano na slici 9.
Slika 9 – Suzbijanje buke koja prodire kroz kabl
Diferencijalna i uobičajena buka
Postoje dvije vrste smetnji: diferencijalni i zajednički način. Diferencijalna struja šuma indukovana na obje žice dalekovoda teče u njima u suprotnim smjerovima, kao što je prikazano na slici 10. Struja zajedničkog moda teče u svim vodovima u istom smjeru, vidi sliku 11.
Slika 10 - Diferencijalni šum
Slika 11 - Smetnje zajedničkog moda
Funkcionalna namjena elemenata mrežnog filtera
Slike u nastavku prikazuju primjere upotrebe različitih filterskih elemenata i grafike koje ilustruju učinak njihove primjene. Prikazani grafikoni pokazuju promjenu intenziteta diferencijalnog i zajedničkog šuma sklopnog napajanja u odnosu na nivo industrijske buke. Slika 12 prikazuje grafove signala u odsustvu filtera na ulazu prekidačkog napajanja. Kao što se može vidjeti iz grafikona, nivo diferencijalne i uobičajene buke je prilično visok. Slika 13 ilustruje primjer upotrebe X-kondenzatora za filtriranje. Na grafikonu je vidljivo smanjenje nivoa diferencijalne buke.
Slika 14 prikazuje rezultate zajedničkog korištenja X-kondenzatora i Y-kondenzatora. Grafikon jasno pokazuje efektivnu supresiju i uobičajenog i diferencijalnog šuma. Upotreba X-kondenzatora i Y-kondenzatora u kombinaciji sa zajedničkim modom prigušnice (common mode choke) prikazana je na slici 15. Grafikon pokazuje dalje smanjenje nivoa i diferencijalnog i zajedničkog šuma. To je zato što prava prigušnica sa uobičajenim načinom rada ima neku diferencijalnu induktivnost.
Slika 12 - Bez filtera
Slika 13 - Upotreba X-kondenzatora
Slika 14 - Upotreba X-kondenzatora i Y-kondenzatora
Slika 15 - Korištenje X-kondenzatora, Y-kondenzatora i prigušnice zajedničkog moda
Primjer potiskivanja smetnji u mobilnom telefonu
Izvori zračenih smetnji
Interferencija koju stvara jedinica za obradu signala prelazi u RF jedinicu, što dovodi do značajnog pogoršanja osjetljivosti. Jedinica za obradu signala mobilnog telefona, koja je obično izgrađena na IC za obradu signala osnovnog pojasa, kontrolira različite signale kao što su glasovni signal i signal za LCD zaslon. IC za obradu signala je izvor značajnih smetnji jer radi na visokoj frekvenciji i ima mnogo linija podataka povezanih na njega. Kada smetnje prođu kroz linije podataka ili sabirnice za napajanje/GND od jedinice za obradu signala do RF jedinice, njena osjetljivost se pogoršava, kao rezultat, povećava se stopa greške u bitu (BER).
Komponente za suzbijanje smetnji u mobilnim telefonima
Da bi se poboljšao BER (Bit Error Rate) parametar, odnosno da bi se smanjio procenat primljenih pogrešnih bitova, potrebno je suzbiti smetnje iz jedinice za obradu signala u RF jedinicu. Da biste to učinili, instalirajte EMI filtere na sve sabirnice koje povezuju ove blokove. Osim toga, važno je i zaštititi jedinicu za obradu signala, budući da je nivo smetnji koje emituje značajno povećan u najnovijim modelima mobilnih telefona.
Postavljanje filtera na kontrolnoj magistrali ekrana
LCD kontrolna magistrala sadrži mnogo signalnih linija koje se prebacuju u isto vrijeme, što uzrokuje značajno povećanje udarne struje koja teče u uzemljenim (GND) i strujnim krugovima. Stoga je potrebno ograničiti struju koja teče kroz signalne vodove. Obično se za to koriste nizovi feritnih čipova serije BLA31 i EMIFIL® filteri čipova serije NFA31G sa otpornikom. Ako, iz strukturalnih razloga, upotreba ovih komponenti nije moguća, tada treba koristiti EMC apsorbere serije EA za suzbijanje smetnji koje prolaze kroz fleksibilni kabl LCD ekrana.
Poboljšanje zaštite
Obično se provodljivi premaz nanosi na unutrašnju površinu plastičnog kućišta mobilnog telefona. Sa proširenjem funkcionalnosti mobilnog telefona, povećava se i nivo smetnji od strane jedinice za obradu signala. Stoga je potrebno zaštititi jedinicu za obradu signala sa istom pažnjom kao i RF jedinicu. Prilikom dizajniranja kućišta za mobilni telefon, kako bi se smanjila impedancija na visokoj frekvenciji, treba nastojati osigurati da kontaktna površina između dijelova kućišta bude što veća. Za poboljšanje zaštite, metalne zaštitne elemente ili EMC apsorbere treba koristiti gdje je to moguće u jedinici za obradu signala.
Shevkoplyas B.V. «Mikroprocesorske strukture. Inženjerska rješenja.» Moskva, Radio izdavačka kuća, 1990. Poglavlje 4
4.1. Suzbijanje smetnji na primarnoj mreži napajanja
Valni oblik naizmjeničnog napona industrijskog napajanja (~ "220 V, 50 Hz) za kratke vremenske periode može se znatno razlikovati od sinusoidnog - mogući su prenaponi ili "umetci", smanjenje amplitude za jedan ili više polutalasi itd. Uzroci ovakvih izobličenja obično su povezani sa oštrom promjenom opterećenja mreže, na primjer, kada se uključi snažan elektromotor, peć, aparat za zavarivanje. Stoga je potrebno, ako je moguće, izolovati od takvih izvora smetnji kroz mrežu (slika 4.1).
Rice. 4.1 Opcije za povezivanje digitalnog uređaja na primarno napajanje
Pored ove mjere, možda će biti potrebno uvesti linijski filter na ulazu napajanja uređaja kako bi se suzbile kratkotrajne smetnje. Rezonantna frekvencija filtera može biti u opsegu od 0,1,5-300 MHz; širokopojasni filteri obezbjeđuju suzbijanje smetnji u cijelom specificiranom opsegu.
Na slici 4.2 prikazan je primjer kruga mrežnog filtera.Ovaj filter ima dimenzije 30 X30X20 mm i montira se direktno na blok mrežnog ulaza u uređaj. Filteri bi trebali koristiti visokofrekventne kondenzatore i induktore ili bez jezgara ili sa visokofrekventnim jezgrama.
U nekim slučajevima je obavezno uvesti elektrostatički štit (običnu vodovodnu cijev spojenu na uzemljeno kućište napajanja) za polaganje žica primarne opskrbne mreže unutar njega. Kao što je navedeno u, kratkotalasni predajnik taksi flote, koji se nalazi na suprotnoj strani ulice, sposoban je, uz određenu relativnu orijentaciju, inducirati signale amplitude od nekoliko stotina volti na komadu žice. Ista žica, postavljena u elektrostatički štit, bit će pouzdano zaštićena od ove vrste smetnji.
Rice. 4.2. Primjer kruga mrežnog filtera
Razmotrite metode za suzbijanje mrežnih smetnji direktno u napajanju uređaja. Ako su primarni i sekundarni namotaji energetskog transformatora smješteni na istom namotu (slika 4.3, a), tada zbog kapacitivne sprege između namotaja impulsni šum može prijeći iz primarnog kola u sekundar. Prema preporučena četiri načina za suzbijanje takvih smetnji (u cilju povećanja efikasnosti).
- Primarni i sekundarni namotaji energetskog transformatora izvedeni su na različitim zavojnicama (slika 4.3, b). Kapacitivnost C se smanjuje, ali efikasnost opada, jer ne ulazi sav magnetni tok iz područja primarnog namotaja u područje sekundarnog namota zbog raspršivanja kroz okolni prostor.
- Primarni i sekundarni namotaji su napravljeni na istoj zavojnici, ali su odvojeni ekranom od bakarne folije debljine najmanje 0,2 mm. Ekran ne bi trebao biti kalem sa kratkim spojem. Povezan je sa uzemljenjem tela uređaja (slika 4.3, c)
- Primarni namotaj je u potpunosti zatvoren u ekran, koji nije kratkospojni kalem. Ekran je uzemljen (slika 4.3, G).
- Primarni i sekundarni namotaji su zatvoreni u pojedinačne ekrane, između kojih je položen razdvojni ekran. Ceo transformator je zatvoren u metalnom kućištu (slika 4.3,<Э). Экраны и корпус заземляются. Этот тип трансформатора в силу предельной защищенности от прохождения помех получил название «ультраизолятор».
Uz sve navedene metode suzbijanja smetnji, ožičenje mrežnih žica unutar uređaja treba izvesti oklopljenom žicom, povezujući štit sa uzemljenjem šasije. Nevažeći uk
polaganje u jedan snop mrežnih i drugih (napajalnih ploča, signalnih i sl.) žica" čak i u slučaju oklopa oba.
Preporučljivo je ugraditi kondenzator kapaciteta približno 0,1 μF paralelno s primarnim namotom energetskog transformatora u neposrednoj blizini terminala namota i, u seriji s njim, otpornik za ograničavanje struje otpora oko 100 ohms. To omogućava da se "zatvori" energija pohranjena u jezgri energetskog transformatora u trenutku otvaranja mrežnog prekidača.
Rice. 4.3. Opcije za zaštitu energetskog transformatora od prijenosa impulsne buke iz mreže u sekundarni krug (i obrnuto):
a - nema zaštite; b - razdvajanje primarnog i sekundarnog namotaja; u- polaganje ekrana između namotaja; G - potpuna zaštita primarnog namotaja; e - potpuna zaštita svih elemenata transformatora
Rice. 4.4. Pojednostavljeni dijagram napajanja (a) i dijagrami (b, c), objašnjavajući rad punovalnog ispravljača.
Napajanje je veći izvor impulsnog šuma preko mreže, što je veći kapacitet kondenzatora C
Imajte na umu da se povećanjem kapaciteta C filtera (slika 4.4, a) napajanja našeg uređaja povećava vjerovatnoća kvarova susjednih uređaja, jer potrošnja energije iz mreže od strane našeg uređaja sve više preuzima karakter šokova. Zaista, napon na izlazu ispravljača takođe raste u onim vremenskim intervalima kada se energija uzima iz mreže (slika 4.4, b). Ovi intervali na sl. 4.4 su osenčene.
Sa povećanjem kapacitivnosti kondenzatora C, periodi njegovog punjenja postaju manji (slika 4.4, c), a struja koja se uzima iz mreže u impulsu raste. Dakle, vanjski "bezopasni" uređaj može stvoriti smetnje u mreži koje "nije inferiorno" u odnosu na smetnje aparata za zavarivanje.
4.2. Pravila uzemljenja za zaštitu od smetnji na zemlji
U uređajima napravljenim u obliku strukturno završenih blokova, postoje najmanje dvije vrste "zemljenih" sabirnica - kućište i krug. Sabirnica kućišta, u skladu sa sigurnosnim zahtjevima, mora biti povezana na uzemljenje postavljenu u prostoriji. Sabirnica kola (u odnosu na koju se mjere naponski nivoi signala) ne bi trebala biti povezana na sabirnicu kućišta unutar bloka – za to se mora iznijeti poseban terminal izoliran od kućišta.
Rice. 4.5. Neispravno i ispravno uzemljenje digitalnih uređaja. Prikazan je zemaljski autobus, koji je obično dostupan u zatvorenom prostoru.
Na sl. 4.5 prikazuje opcije za neispravno i ispravno uzemljenje grupe uređaja koji su međusobno povezani informacionim linijama. (ove linije nisu prikazane). Sabirnice kola za uzemljenje su povezane pojedinačnim žicama u tački A, a sabirnice kućišta su povezane u tački B, što je bliže moguće tački A. Tačka A možda neće biti povezana na sabirnicu uzemljenja u prostorijama, ali to stvara neugodnost, na primjer, kada se radi sa osciloskopom, koji ima "uzemljenje" sonde spojeno na kućište.
U slučaju pogrešnog uzemljenja (vidi sliku 4.5), impulsni naponi generisani izjednačujućim strujama na sabirnici za uzemljenje će se zapravo primijeniti na ulaze prijemnih glavnih elemenata, što može uzrokovati njihov pogrešan rad. Treba napomenuti da izbor najbolje opcije uzemljenja ovisi o specifičnim "lokalnim" uvjetima i često se provodi nakon niza pažljivih eksperimenata. Međutim, opće pravilo (vidi sliku 4.5) uvijek vrijedi.
4.3. Suzbijanje smetnji na sekundarnim strujnim krugovima
Zbog konačne induktivnosti tračnica za napajanje i uzemljenje, udarne struje uzrokuju udarne napone pozitivnog i negativnog polariteta koji se primjenjuju između pinova napajanja i uzemljenja IC-a. Ako su sabirnice za napajanje i uzemljenje napravljene od tankih štampanih ili drugih vodiča, a kondenzatori za razdvajanje visoke frekvencije ili su potpuno odsutni, ili je njihov broj nedovoljan, onda kada se nekoliko TTL mikro krugova istovremeno uključuje na „dalekom“ kraju štampanog kola ploče, amplituda impulsnog šuma na napajanju (naponi koji djeluju između pinova napajanja i uzemljenja mikrokola) može biti 2 V ili više. Stoga, prilikom projektovanja štampane ploče, moraju se poštovati sledeće preporuke.
- Šine za napajanje i uzemljenje moraju imati minimalnu induktivnost. Da bi to učinili, izrađeni su u obliku rešetkastih struktura koje pokrivaju cijelo područje tiskane ploče. Neprihvatljivo je spajanje TTL mikro krugova na sabirnicu, koja je "grana", jer se približavajući svom kraju induktivnost strujnih kola akumulira. Šine za napajanje i uzemljenje trebale bi, ako je moguće, pokrivati čitavu slobodnu površinu štampane ploče. Posebnu pažnju treba obratiti na dizajn dinamičkih memorijskih matrica za skladištenje na bazi K565RU5, RU7 itd. Matrica treba da bude kvadratna tako da adresni i kontrolni redovi imaju minimalnu dužinu. Svako mikrokolo mora biti smješteno u pojedinačnoj ćeliji rešetkaste strukture koju čine sabirnice za napajanje i uzemljenje (dvije nezavisne rešetke). Sabirnice za napajanje i uzemljenje matrice za skladištenje ne bi trebalo da budu opterećene "stranim" strujama koje teku iz adresabilnih oblikača, pojačivača kontrolnih signala, itd.
- Spajanje eksternih sabirnica napajanja i sabirnica za uzemljenje na ploču preko konektora mora se izvršiti preko više kontakata ravnomjerno raspoređenih po dužini konektora, tako da se ulaz u rešetkaste strukture sabirnica za napajanje i uzemljenje vrši iz više tačaka odjednom.
- Suzbijanje smetnji električne energije treba provoditi u blizini mjesta njihovog nastanka. Stoga, visokofrekventni kondenzator kapaciteta najmanje 0,02 mikrofarada mora biti smješten u blizini pinova napajanja svakog TTL čipa. Ovo se u posebnoj mjeri odnosi i na pomenute dinamičke memorijske čipove. Za filtriranje niskofrekventnih smetnji potrebno je koristiti elektrolitičke kondenzatore, na primjer, kapaciteta 100 μF. Kada se koriste dinamički memorijski mikro krugovi, elektrolitički kondenzatori se instaliraju, na primjer, na uglovima matrice za skladištenje ili na drugom mjestu , ali blizu ovih mikro kola.
U skladu s tim, umjesto visokofrekventnih kondenzatora koriste se posebne sabirnice snage BUS-BAR, CAP-BUS, koje se polažu ispod vodova mikro krugova ili između njih, bez kršenja uobičajene automatizirane tehnologije za ugradnju elemenata na ploču, nakon čega slijedi " talasno” lemljenje. Ove sabirnice su distribuirani kondenzatori sa kapacitetom od približno 0,02 uF/cm. Za isti ukupni kapacitet kao i diskretni kondenzatori, sabirnice pružaju znatno bolje odbijanje buke pri većim gustinama pakiranja.
Rice. 4.6. Opcije za povezivanje ploča P1-PZ na napajanje
Na sl. 4.6 daje preporuke za povezivanje uređaja izrađenih na štampanim pločama P1-PZ na izlaz napajanja. Jako strujni uređaj napravljen na PZ ploči stvara više buke na strujnim i zemaljskim sabirnicama, tako da bi trebao biti fizički bliže napajanju, ili još bolje, napajati se pomoću pojedinačnih sabirnica.
4.4. Pravila za rad sa ugovorenim komunikacionim linijama
Na sl. 4.7 prikazuje oblik signala koji se prenose preko kabla, u zavisnosti od odnosa otpora otpornika opterećenja R i valne impedanse kabla p. Signali se prenose bez izobličenja pri R=p. Poznata je karakteristična impedansa određenog tipa koaksijalnog kabla (npr. 50, 75, 100 oma). Karakteristična impedancija ravnih kablova i upredenih para je obično blizu 110-130 oma; njegova tačna vrijednost može se dobiti eksperimentalno odabirom otpornika K, kada je spojen, izobličenje je minimalno (vidi sliku 4.7). Prilikom izvođenja eksperimenta ne treba koristiti promjenjive otpore namotane žicom, jer imaju veliku induktivnost i mogu unijeti izobličenja u valni oblik.
Komunikacioni vod tipa "otvoreni kolektor" (sl. 4.8). Za prijenos svakog magistralnog signala s prednjim trajanjem od oko 10 ns na udaljenosti većoj od 30 cm koristi se zasebna upredena parica ili se jedan par jezgri dodjeljuje u ravnom kabelu. U pasivnom stanju, svi predajnici su isključeni. Kada se aktivira bilo koji odašiljač ili grupa predajnika, napon na liniji pada sa nivoa koji prelazi 3 V na približno 0,4 V.
Sa dužinom linije od 15 m i njenim pravilnim podudaranjem, trajanje prolaznih procesa u njoj ne prelazi 75 ns. Linija implementira funkciju OR u odnosu na signale predstavljene niskim naponskim nivoima.
Rice. 4.7. Prenos signala kablovskim putem. O—generator impulsa napona
Komunikacioni vod tipa "otvoreni emiter" (slika 4.9"). Ovaj primjer prikazuje varijantu linije koja koristi ravni kabel. Signalne žice se izmjenjuju sa žicama za uzemljenje. U idealnom slučaju, svaka signalna žica je sa obje strane okružena vlastitim žicama za uzemljenje, ali to obično nije potrebno. Na slici 4.9, svaka signalna žica je u blizini "sopstvenog" i "stranog" uzemljenja, što je obično sasvim prihvatljivo. Ravni kabl i skup upredenih para su u suštini ista stvar, a ipak je ovo drugo poželjnije u uslovima visokog nivoa spoljnih smetnji. Linija otvorenog emitera implementira funkciju žice-ILI u odnosu na signale predstavljene visokim naponskim nivoima. Vremenske karakteristike približno odgovaraju onima na liniji "otvorenog kolektora".
Komunikacioni vod tipa "diferencijalni par" (slika 4.10). Linija se koristi za jednosmjerni prijenos signala i karakterizira je povećana otpornost na buku, budući da prijemnik reagira na razliku signala, a interferencija izazvana izvana djeluje na obje žice približno na isti način. Dužina linije je praktički ograničena omskim otporom žica i može doseći nekoliko stotina metara.
Slika, 4.8. Komunikacioni vod tipa "otvoreni kolektor". 
Rice. 4.9. Komunikacioni vod tipa "otvoreni emiter". 
Rice. 4.10. Tip komunikacijske linije "diferencijalni par"
Sve razmatrane linije trebale bi koristiti prijemnike s visokom ulaznom impedancijom, niskim ulaznim kapacitetom, i po mogućnosti sa karakteristikom prijenosa histereze kako bi se povećala otpornost na buku.
Fizička izvedba autoputa (sl. 4. II), Svaki uređaj spojen na trunk sadrži dva konektora. Šema slična onoj prikazanoj na sl. 4.11, razmatran je ranije (vidi Sliku 3.3), pa ćemo se fokusirati samo na pravila koja se moraju poštovati prilikom projektovanja odgovarajućih jedinica (SB).
Prijenos trank signala preko konektora. Najbolje opcije za konektore za lemljenje prikazane su na sl. .4.12. Prednji dio impulsa koji ide duž glavne linije u ovim slučajevima gotovo "ne osjeća" konektor, jer je nehomogenost unesena u kabelsku liniju beznačajna. U ovom slučaju, međutim, potrebno je 50% korištenih kontakata zauzeti pod zemljom.
Ako iz nekog razloga ovaj uvjet nije izvodljiv, onda je na račun otpornosti na buku moguće uzeti drugu, ekonomičniju, po broju kontakata, opciju za lemljenje konektora, prikazanu na sl. 4.13. Ova opcija se često koristi u praksi. Upletene parice uzemljenja (ili ravnih kablovskih uzemljenja) montiraju se na metalne trake najvećeg mogućeg poprečnog preseka, na primer 5 mm2.
Odlemljenje ovih zemljišta se vrši ravnomjerno po dužini šipke, jer su odgovarajuće signalne žice odlemljene. Obje trake su spojene preko konektora pomoću niza kratkospojnika minimalne dužine i maksimalnog poprečnog presjeka, a skakači su ravnomjerno raspoređeni po dužini traka. Svaki uzemljeni skakač ne bi trebao odgovarati više od četiri signalne linije, ali ukupan broj skakača ne smije biti manji od tri (jedan u sredini i dva na rubovima).
Rice. 4.13. Dozvoljena opcija za prenos signala preko konektora. H-=5 mm2—presjek šipke, 5^0,5 mm2—poprečni presjek žice za uzemljenje 
Rice. 4.14. Varijante izvođenja grana iz glavne
Realizacija krakova sa autoputa. Na sl. 4.14 prikazuje opcije za neispravno i ispravno izvođenje grane iz glavnog. Trasirana je putanja jedne linije, žica za uzemljenje je prikazana uslovno. Prva opcija (tipična greška inžinjera početnika!) karakterizira cijepanje energije valova na dva dijela, 
Rice. 4.15. Opcije za povezivanje prijemnika na prtljažnik
dolazi iz linije A. Jedan dio ide u naboj linije B, drugi u naboj linije C. Nakon naboja linije C, "pun" val počinje da se širi duž linije B, pokušavajući sustići val sa polovinom energije koja je ranije otišla. Prednja strana signala stoga ima stepenasti oblik.
Uz pravilno grananje, segmenti A, C i B su povezani u seriju, tako da se val praktički ne cijepa i frontovi signala nisu izobličeni. Odašiljači i prijemnici koji se nalaze na ploči trebali bi biti što bliže njenoj ivici kako bi se smanjila nehomogenost unesena na tački spajanja segmenata linija B i C.
Jednosmjerni ili dvosmjerni primopredajnici se mogu koristiti za razdvajanje snopa prijemnika od kičme (vidi sliku 3.18. 3.19). Prilikom grananja linije u nekoliko pravaca, za svaki treba dodijeliti poseban predajnik (slika 4.15, in).
Za linijski prijenos bolje je koristiti ne pravokutne, već trapezoidne impulse. Signali sa plitkim frontovima, kao što je navedeno, propagiraju se duž linije sa manje izobličenja. U principu, u odsustvu vanjskih smetnji, za bilo koju proizvoljno dugu, pa čak i nekonzistentnu liniju, može se odabrati tako spora brzina signala da će se odaslani i primljeni signali razlikovati za proizvoljno malu količinu.
Za primanje trapezoidnih impulsa, predajnik je napravljen u obliku diferencijalnog pojačala s integrirajućim povratnim krugom. Na ulazu glavnog prijemnika, takođe napravljenog u obliku diferencijalnog pojačala, ugrađeno je integraciono kolo za filtriranje visokofrekventnog šuma.
Prilikom odašiljanja signala unutar ploče, kada je broj prijemnika veliki, često se koristi "serial matching". Sastoji se u tome što je u seriji sa izlazom predajnika, u neposrednoj blizini ovog izlaza, spojen otpornik otpora od 20-50 oma. Ovo omogućava suzbijanje oscilatornih procesa na frontovima signala. Ova tehnika se često koristi pri prijenosu kontrolnih signala (KA5, SAZ, \UE) od pojačala do dinamičke memorije LSI.
4.5. O zaštitnim svojstvima kablova
Na sl. 4.16a prikazana je najjednostavnija shema za prijenos signala preko koaksijalnog kabela, koja se u nekim slučajevima može smatrati sasvim zadovoljavajućom. Njegov glavni nedostatak je što u prisustvu impulsnih izjednačujućih struja između uzemljenja tijela (izjednačavanje potencijala je glavna funkcija uzemljenja tijela), neke od ovih struja 1 mogu teći kroz omotač kabela i uzrokovati pad napona (uglavnom zbog induktivnost omotača), koji u konačnici djeluje na opterećenje K.
Štaviše, u tom smislu, kolo prikazano na Sl. 4.16, a, pokazuje se poželjnijim, a sa povećanjem broja dodirnih tačaka između kabelske pletenice i uzemljenja tijela, povećavaju se mogućnosti da inducirani naboji odlaze iz pletenice. Korištenje kabela s dodatnom pletenicom (slika 4.16, c) omogućava vam da se zaštitite i od kapacitivnih hvatača i od izjednačujućih struja, koje u ovom slučaju teku kroz vanjsku pletenicu i praktički ne utječu na signalni krug.
Uključivanje kabla sa dodatnom pletenicom prema šemi prikazanoj na sl. 4.16, d, omogućava vam da poboljšate frekvencijska svojstva linije smanjenjem njenog linearnog kapaciteta. U idealnom slučaju, potencijal bilo kojeg elementarnog preseka centralnog jezgra poklapa se sa potencijalom elementarnog cilindra unutrašnje pletenice koji okružuje ovu sekciju.
Linije ovog tipa koriste se u lokalnim računarskim mrežama za povećanje brzine prenosa informacija. Vanjski omotač kabla je dio signalnog kola, te je stoga ovo kolo ekvivalentno u smislu zaštite od vanjskih smetnji kolu prikazanom na sl. 4.16.6.
Rice. 4.16. Opcije kablova
Ni bakarni ni aluminijski omotač jednostavnog koaksijalnog kabela ne štiti ga od izlaganja niskofrekventnim magnetskim poljima. Ova polja indukuju EMF i na segmentu pletenice i na odgovarajućem segmentu centralnog jezgra.
Iako su ovi EMF-i istog imena u predznaku, oni se međusobno ne kompenzuju po veličini zbog različite geometrije odgovarajućih provodnika - centralnog jezgra i pletenice. Diferencijalni EMF se na kraju primjenjuje na opterećenje K. Dodatna pletenica (slika 4. 16, c, d) takođe nije u stanju da spreči da magnetno polje niske frekvencije prodre u njegovu unutrašnju oblast
Zaštitu od niskofrekventnih magnetnih polja pruža kabl koji sadrži upleteni par žica upletenih u pletenicu (slika 4.16, e). U ovom slučaju, EMF inducirana vanjskim magnetskim poljem na žicama koje čine upredeni par u potpunosti se međusobno kompenziraju i u znaku i u apsolutnoj vrijednosti.
To je utoliko istinitije, što je korak žica manji u odnosu na područje djelovanja polja i što se pažljivije (simetrično) izvodi uvijanje. Nedostatak takve linije je njen relativno niski frekvencijski "plafon" — reda veličine 15 MHz — zbog velikih gubitaka energije korisnog signala na višim frekvencijama.
Šema prikazana na sl. 4.16, e, pruža najbolju zaštitu od svih vrsta smetnji (kapacitivne smetnje, izjednačujuće struje, niskofrekventna magnetna polja, visokofrekventna elektromagnetna polja).
Preporučljivo je da se unutrašnja pletenica poveže sa „radiotehničkom” ili „pravom” (u doslovnom smislu, uzemljenom) uzemljenjem, a spoljašnjom pletenicom sa „sistemskom” (kolo ili kućište) uzemljenjem. U nedostatku "pravog" uzemljenja, možete koristiti sklopni krug prikazan na sl. 4. 16, dobro.
Spoljna pletenica se povezuje sa uzemljenjem sistema na oba kraja, dok se unutrašnja pletenica povezuje samo sa stranom izvora. U onim slučajevima kada nema potrebe za zaštitom od niskofrekventnih magnetnih polja i moguće je prenijeti informacije bez upotrebe dvofaznih signala, jedna od upredenih žica može poslužiti kao signalna žica, a druga kao signalna žica. ekran. U tim slučajevima, kola prikazana na sl. 4.16, c, g, mogu se smatrati koaksijalnim kablovima sa tri štita - upredenom paricom za uzemljenje, unutrašnjim i spoljašnjim omotačem kabla.
4.6. Korištenje optokaplera za suzbijanje smetnji
Ako su uređaji sistema razdvojeni znatnom udaljenosti, na primjer, 500 m, onda je teško računati na činjenicu da njihova zemljišta uvijek imaju isti potencijal. Kao što je navedeno, izjednačujuće struje kroz provodnike uzemljenja stvaraju impulsni šum na ovim provodnicima zbog njihove induktivnosti. Ova smetnja se na kraju primjenjuje na ulaze prijemnika i može uzrokovati njihov lažni rad.
Upotreba linija tipa "diferencijalni par" (vidi § 4.4) samo potiskuje smetnje zajedničkog moda i stoga ne daje uvijek pozitivne rezultate. Na sl. 4.17 prikazuje dijagrame optokaplera između dva uređaja udaljena jedan od drugog.
Rice. 4.17. Šeme optokaplera između uređaja udaljenih jedan od drugog:
a - sa aktivnim prijemnikom, b- sa aktivnim odašiljačem
Kolo sa "aktivnim prijemnikom" (slika 4.17, a) sadrži predajni optospojler VI i prijemni optospojler V2. Kada se impulsni signali primjenjuju na ulaz X, LED optokaplera VI periodično emituje svjetlost, kao rezultat toga, izlazni tranzistor ovog optokaplera periodično se zasiti i otpor između tačaka a i b pada sa nekoliko stotina kilo-oma na nekoliko desetina oma. .
Kada je izlazni tranzistor predajnog optokaplera uključen, struja iz pozitivnog pola izvora U2 prolazi kroz LED diodu optokaplera v2, liniju (tačke a i b) i vraća se na negativni pol ovog izvora. Izvor U2 radi izolirano od izvora U3.
Ako je izlazni tranzistor odašiljačkog optokaplera isključen, tada struja ne teče kroz izvorni krug U2. Signal X" na izlazu optokaplera V2 je blizu nule ako je njegova LED dioda uključena, a blizu +4 V ako je ova LED ugašena. Dakle, na X==0, LED diode predajnog i prijemnog optokaplera su uključene i, prema tome, X"==0. Sa X==1, obje LED diode su isključene i X"==1.
Izolacija optokaplera može značajno povećati otpornost na buku komunikacijskog kanala i osigurati prijenos informacija na udaljenostima od nekoliko stotina metara. Diode spojene na predajne i prijemne optospojnice služe za njihovu zaštitu od obrnutih napona. Kolo otpornika spojeno na izvor U2 služi za podešavanje struje u liniji i ograničavanje struje kroz LED prijemnog optokaplera.
Struja u liniji prema IRPS interfejsu može se odabrati jednaka 20 ili 40 mA. Prilikom odabira vrijednosti otpornika, mora se uzeti u obzir omski otpor komunikacijske linije. Šema sa "aktivnim predajnikom" (slika 4.17, b) razlikuje se od prethodnog po tome što se napajanje U2 linije nalazi sa strane predajnika. To ne daje nikakve prednosti - oba kola su u suštini ista i predstavljaju takozvane "strujne petlje".
Preporuke date u ovom poglavlju mogu izgledati preoštre za početnike dizajnera kola. Borba protiv smetnji mu se čini „borbom s vjetrenjačom“, a nedostatak iskustva u dizajniranju uređaja povećane složenosti stvara iluziju da je moguće napraviti radni uređaj bez pridržavanja bilo koje od gore navedenih preporuka.
Zaista, to je ponekad moguće. Postoje čak i slučajevi serijske proizvodnje takvih uređaja. Međutim, u neformalnim osvrtima na njihov rad možete čuti mnoge zanimljive netehničke izraze, kao npr efekat posete i neke druge, jednostavnije i razumljivije.
EMI filter (10+)
Visokofrekventni EMI filter
Razlog za pojavu visokofrekventnog impulsnog šuma je uobičajen. Brzina svjetlosti nije beskonačna, a elektromagnetno polje se širi brzinom svjetlosti. Kada imamo uređaj koji na neki način pretvara mrežni napon čestim prebacivanjem, očekujemo da će u napojnim žicama koje idu u mrežu biti talasaste struje usmjerene jedna prema drugoj. Na jednoj žici struja teče u uređaj, na drugoj - izlazi. Ali to uopšte nije tako. Zbog konačnosti brzine širenja polja, dolazni strujni impuls se pomera u fazi u odnosu na odlazni. Dakle, na određenoj frekvenciji, visokofrekventne struje u mrežnim žicama teku kosmjerno, u fazi.
Nažalost, greške se periodično javljaju u člancima, ispravljaju se, članci se dopunjuju, razvijaju, pripremaju novi. Pretplatite se na vijesti kako biste bili informisani.
Ako nešto nije jasno, obavezno pitajte!
