Specijalnost 221600
St. Petersburg
1. SVRHA RADA
Svrha ovog rada je proučavanje principa rada i određivanje učinkovitosti impulsnog prigušivača smetnji širokog spektra.
2. KRATKE INFORMACIJE IZ TEORIJE
Glavne metode zaštite radioprijemnih uređaja od impulsnih smetnji širokog spektra su:
a) neprijam – primjena visoko usmjerene antene, pomicanje antene izvan područja impulsnih smetnji i suzbijanje smetnji na mjestu njihove pojave;
b) krug - razne načine obrade smjese, koristan signal je pulsni šum kako bi se oslabio interferirajući učinak.
Jedna od učinkovitih metoda sklopa za borbu protiv impulsne buke je uporaba širokopojasnog - limitatora amplitude - uskopojasnog kruga (SHOW sklop). Ovaj sklop se često koristi u radio komunikacijama.
U ovaj posao SHOW shema se proučava za dva slučaja:
a) korisni signal su video impulsi;
b) korisni signal je kontinuirani radijski signal s amplitudnom modulacijom.
Strukturni dijagrami za ove slučajeve prikazani su na sl. 1a odnosno 1b. U prvom slučaju, SHOW krug se nalazi nakon detektora amplitude krvnog tlaka, u drugom - na putu radio frekvencije prije krvnog tlaka.
SHOW dijagram prikazan na sl. 1a uključuje serijski spojeno širokopojasno video pojačalo, limitator amplitude i uskopojasno video pojačalo. Na ulazu sklopa: iz detektora se prima mješavina signala i smetnje (sl. 2a), a trajanje signala je puno duže od trajanja smetnje (tc>>tp), a amplituda smetnja je znatno veća od amplitude signala (Up>>Uc). Širokopojasno pojačalo dizajnirano je za pojačavanje ulazne smjese do razine koja pruža normalan rad limiter. Širina pojasa puta pojačanja do limitera odabrana je tako da se izbjegne značajno povećanje trajanja interferencijskog impulsa (slika 2b). Prag ograničenja je nešto viši od razine korisnog signala, tako da nakon ograničenja razine signala i smetnje postaju gotovo jednake (slika 2c). Uskopojasno video pojačalo (ili filtar) djeluje kao integrator, čija je vremenska konstanta u skladu s trajanjem signala i puno je duža od trajanja smetnje. Zbog činjenice da je tc>>tp, signal na izlazu filtra ima vremena narasti do svoje vrijednosti amplitude, ali interferencija ne (Sl. 2d). Stoga se omjer signala i šuma na izlazu SHOW sklopa naglo povećava.
Procijenimo dobitak u omjeru signal/šum pri korištenju sheme SHOW. Na ulazu sklopa dolazi signal amplitude Uc i trajanja tc te interferencija s pravokutnom ovojnicom (Up, tp). Ulogu integrirajućeg ima RC sklop prvog reda s prijelaznim odzivom oblika
h(t)=1- eksp(- tP/ tR.C.) (1)
gdje je tRC = RC vremenska konstanta filtra.
Iz teorije je poznato da je trajanje porasta signala do razine od 0,9 Uc za takav krug određeno relacijom
t n=2.3 t R.C. (2)
Razina smetnje na izlazu limitatora amplitude Up = Ulim, gdje je Ulim granični prag, a razina korisnog signala i smetnje na izlazu sklopa, respektivno
Ucvan=0,9 UK (3)
Udurenje= UogrezloK (4)
gdje je K pojačanje sklopa. Omjer napona signal/šum na izlazu sklopa SHOW
hvan=(Uc/ UP)out=0.9*US/(Uogrezlo) (5)
Korist od korištenja sheme određena je odnosom
(6)
ili, uzimajući u obzir (5),
q1 =0.9* UP/(Uogrezlo(1/)) (7)
Jer tP<< tR.C. ItS=2,3 tR.C., Da
q1 =(0.9* UP/ Uogrezlo)*(tS/2,3 tP) » 0.4( UP/ Uogrezlo)*(tS/ tP) (8)
Kada je sklop SHOW isključen (limitator je onemogućen), razina buke na izlazu
Udurenje= UPK (9)
U ovom slučaju, odnos signal/šum na izlazu
hvan=(Uc/ UP)out=0.9*US/(UP) (10)
a dobit dobivena zbog "uskopojasnog" izlaznog filtra, usklađenog preko pojasa s korisnim signalom, jednaka je
q2=[ hvan/ hulazni]SHOWoff=0,9/ (11)
Relativni dobitak dobiven korištenjem SHOW sheme definiran je kao omjer
n= q1/ q2 (12)
Nakon zamjene (7) i (11) u (12) i uzimajući u obzir relacije
n<< tR.C. ItS=2,3 tR.C., , imamo
n= q1/ q2 = UP/ Uogrezlo (13)
U SHOW krugu (slika 16), širokopojasno pojačalo su rezonantni stupnjevi međufrekventnog pojačala (IFA) sa širinom pojasa mnogo većom od spektralne širine korisnog signala. Pojačalo se nalazi do limitera. IF kaskada nakon limitera koristi se kao integrator, a širina pojasa ove kaskade se usklađuje sa spektralnom širinom korisnog signala. Kako bi se izbjeglo pogoršanje otpornosti prijemnika na buku zbog širenja pojasne širine kaskada pojačala do limitera, SHOW krug se nalazi što je moguće bliže ulazu prijemnika.
3. OPIS LABORATORIJSKE INSTALACIJE
Blok dijagram laboratorijske postavke za proučavanje prigušivača smetnji prikazan je na sl. 3. Laboratorijska instalacija uključuje:
1. Standardni generator signala (SSG);
2. Osciloskop;
3. Laboratorijska maketa prigušivača smetnji.
Blok dijagram instalacije prikazan je na sl. 4. Sklop sadrži simulator mješavine signala i smetnji i SHOW sklop. Amplitudno modulirana oscilacija (AMO) iz GSS-a dovodi se na ulaz simulatora mješavine signala i pulsnog šuma. AMK ima sljedeće parametre:
a) amplituda Um = 100 mV;
b) nosiva frekvencija fo == 100 KHz;
c) frekvencija modulacije fm = 1 KHz. Simulator proizvodi sljedeće signale:
Sam - koristan AMK;
Si - impulsni korisni signal;
Sp - pravokutni impulsni šum;
Spp - interferencija radiopulsa s pravokutnim oblikom ovojnice.
SYNC - sinkronizacija impulsa osciloskopa. Na prednjoj ploči laboratorijskog modela moguće je uključiti simulirane signale i smetnje pomoću preklopnih prekidača “Signal on” odnosno “Interference on”. Korisni impulsni signal miješa se s impulsnim šumom u zbrajaču å1, a kontinuirani korisni signal s AM i radioimpulsni šum se miješaju u zbrajaču å2. Mješavina korisnog signala i smetnji dovodi se u dva SHOW kruga dizajnirana za rad i na video frekvenciji i na radio frekvenciji. Prebacivanje shema vrši se prekidačem "Sam-Si" koji se nalazi na prednjoj ploči izgleda. Prvi krug sadrži širokopojasno video pojačalo (WVA), limiter koji koristi diode VD1, VD2 i uskopojasni filtar (UF1), implementiran pomoću RC kruga. Drugi krug sadrži širokopojasno pojačalo, limiter, uskopojasni filter (UV2) i AMC detektor. UV2 je oscilatorni krug L1 Sk1 Sk2, čija je širina pojasa usklađena s
širina AMK spektra. Ograničivač se uključuje prekidačem "ON PP". Prekidač kontrolne točke s tri položaja (1, 2, 3) omogućuje korištenje osciloskopa za promatranje signala na ulazu sklopa SHOW, na ulazu limitera i na izlazu sklopa.
4. POSTUPAK IZVOĐENJA POSLA
3.1. Upoznajte se s principom rada prigušivača smetnji i sastavom opreme koja se koristi.
3.2. Proučavanje prigušivača smetnji u prisutnosti impulsnog korisnog signala.
3.2.1. Priprema za rad:
Postavite signal sa sljedećim parametrima na GSS izlazu:
a) amplituda - 100 mV;
b) frekvencija - 100 KHz;
c) dubina modulacije - 30%.
Uključite izgled, postavite prekidač "Sam-Si" u položaj Si, prekidače "Buka uključen", "Signal uključen" u položaj uključen, prekidač kontrolne točke u položaj 1.
3.2.2. Mjere:
Osciloskopom izmjerite parametre signala i šuma na ulazu sklopa (amplituda signala Uc i šum Up; trajanje signala ts i šum tp);
Izračunajte omjer signal/šum iz napona na ulazu kruga;
Promatrajte signal na kontrolnim točkama kruga s uključenim i isključenim prigušivačem buke, isključivanjem graničnika s prekidačem "On PP";
Izmjerite omjer signala i šuma na izlazu kruga s uključenim i isključenim prigušivačem šuma;
Na temelju rezultata mjerenja odrediti relativno pojačanje i usporediti ga s izračunatim;
Nacrtajte oscilograme na kontrolnim točkama kruga s uključenim i isključenim prigušivačem.
3.3 Istraživanje prigušivača smetnji pri primanju kontinuiranog signala od AM.
3.3.1. Priprema za rad:
Postavite prekidače u sljedeće položaje:
a) "Sam-Si" - Sam
b) "Signal uključen" - uključen;
c) "Smetnje uključene" - isključene;
d) kontrolne točke - 3;
promjenom frekvencije generatora unutar 100 kHz postići maksimalni signal na izlazu detektora. Promatranje se provodi na ekranu osciloskopa.
3.3.2 Mjerenja:
Promatrajte signal na kontrolnim točkama kruga s uključenim i isključenim prigušivačem buke, isključivanjem limitera s prekidačem "On PP",
Izmjerite omjer signala i šuma na ulazu kruga (ispitna točka 1);
Izmjerite omjer signala i šuma na izlazu kruga (ispitna točka 3) s uključenim i isključenim supresorom;
Bilješka, zasebno se mjere razine korisnog signala i smetnje na ulazu i izlazu sklopa (signal i smetnje se uključuju preklopnim prekidačima "signal on" i "noise on");
Na temelju rezultata mjerenja odredite dobitak u omjeru signal/smetnja pri korištenju sklopa SHOW i relativno pojačanje.
blok dijagram proučavanog prigušivača buke;
oscilogrami signala na kontrolnim točkama kruga;
izračun očekivanog dobitka u omjeru signal/smetnje pri prijemu video signala;
eksperimentalni podaci o učinkovitosti prigušivača smetnji za video i radio signale.
KNJIŽEVNOST
Zaštita od radio smetnji. , i tako dalje.; ur. M.: Sov. radio, 1976
Prigušivač pulsnog šuma za P399A.
Tijekom proteklih nekoliko mjeseci, kada je ulična rasvjeta uključena, postalo mi je gotovo nemoguće raditi na zraku zbog prisutnosti jakih smetnji DRL svjetiljki. Moj uređaj nije iz uvoza, već primopredajnik P399A, koji se koristi kao osnovna jedinica za VHF ("Hyacinth" se koristi kao referentni oscilator u HF sintisajzerima za set-top box uređaje). Nakon što sam otišao na godišnji odmor, odlučio sam nekako riješiti problem koji se pojavio i u roku od tjedan dana dizajniran je predloženi "Prigušivač smetnji pulsa (PIP)".
Shematski dijagram uređaja prikazan je na sl. 1. PIP se sastoji od dvije jedinice: vršnog detektora i jedinice za potiskivanje pulsa. Uređaj se uključuje između drugog mikseta i pojačala (put 215 kHz).
Krug vršnog detektora s nekim izmjenama posuđen je iz časopisa “Ham Radio, 2, 1973, W2EGH”, posebno su dodani lanci D1, R6, S1 i D2, R7, S2, a supresorska jedinica je napravljena prema kontrolirani atenuatorski sklop R16, C18, Q4, čijim je uvođenjem, između ostalog, donekle poboljšan dinamički raspon AGC-a prijemnika. Korištenje LC linija kašnjenja uobičajenih za ove uređaje nije dalo nikakvu identificiranu prednost. Vjerojatno zbog njihovog uskog pojasa zbog niske IF i kao rezultat "istezanja" interferencijskog impulsa. Korištenje širokopojasnog pojačala temeljenog na tranzistoru KT610A na ulazu vršnog detektora je zbog potrebe za dobivanjem neizobličenog izlaznog signala s amplitudom do 20 V i, sukladno tome, minimalnim utjecajem na trajanje i oblik izvornika interferencijski puls. Korištenje dodatnog AGC-a u pojačalu samo je pogoršalo njegove performanse, ali uvođenje D2, R7 lanca automatski blokira rad PIP-a u prisutnosti snažnog korisnog signala (testirano do +60 dB u stvarnom eteru signal s punim pojačanjem R1). S1 – "Duboko potiskivanje" omogućuje vam uklanjanje čak i manjih smetnji samo na vrlo niskim razinama korisnog signala (testirano pri prijemu EME postaja u načinu rada JT65B), s jačinom signala od S2 ili više, detektirana ovojnica se superponira na signal. Kvaliteta dekodiranja u FSK441 modu još nije stvarno ispitana.
PIP shema je još uvijek u razvoju, ali, unatoč tome, već može pružiti dobru uslugu za pravi rad u eteru za one kojima je to potrebno. Također je dobrodošla svaka izmjena i objava koja poboljšava parametre uređaja.
U prekidačkim napajanjima dolazi do smetnji prilikom prebacivanja ključnih elemenata. Ovu buku uzrokuje kabel za napajanje spojen na mrežno napajanje izmjeničnom strujom. Stoga se moraju poduzeti mjere za njihovo suzbijanje.
Tipično rješenje mrežnog filtra elektromagnetskih smetnji za prekidačko napajanje
Za suzbijanje smetnji koje prodiru kroz kabel za napajanje u primarni krug iz prekidačkog napajanja, koristi se krug prikazan na slici 9.
Slika 9 - Suzbijanje smetnji koje prodiru kroz kabel
Diferencijalne i zajedničke smetnje
Postoje dvije vrste smetnji: diferencijalne i zajedničke smetnje. Diferencijalna šumna struja inducirana na obje žice dalekovoda teče kroz njih u suprotnim smjerovima, kao što je prikazano na slici 10. Zajednička šumna struja teče kroz sve vodove u istom smjeru, vidi sliku 11.
Slika 10 - Diferencijalne smetnje
Slika 11 - Smetnje zajedničkog načina rada
Funkcionalna namjena mrežnih filtarskih elemenata
Na slikama u nastavku prikazani su primjeri korištenja različitih filtarskih elemenata i grafički prikazi koji prikazuju učinak njihove uporabe. Na danim grafikonima prikazana je promjena intenziteta diferencijalnog i zajedničkog šuma sklopnog napajanja u odnosu na razinu industrijske buke. Slika 12 prikazuje grafikone signala u odsutnosti filtra na ulazu sklopnog napajanja. Kao što se može vidjeti iz grafikona, razina diferencijalne i zajedničke smetnje je prilično visoka. Slika 13 ilustrira primjer korištenja X filterskog kondenzatora. Grafikon pokazuje zamjetno smanjenje razine diferencijalnih smetnji.
Slika 14 prikazuje rezultate korištenja X-kondenzatora i Y-kondenzatora zajedno. Grafikon jasno pokazuje učinkovito potiskivanje smetnji zajedničkog i diferencijalnog načina rada. Korištenje X-kondenzatora i Y-kondenzatora u kombinaciji s zajedničkom modnom prigušnicom (common mode choke) prikazano je na slici 15. Grafikon prikazuje daljnje smanjenje razine i diferencijalnog i zajedničkog moda šuma. To je zato što prava prigušnica zajedničkog načina rada ima nešto diferencijalnog induktiviteta.
Slika 12 - Bez filtera
Slika 13 - Korištenje X-kondenzatora
Slika 14 - Korištenje X-kondenzatora i Y-kondenzatora
Slika 15 - Korištenje X-kondenzatora, Y-kondenzatora i prigušnice zajedničkog načina rada
Primjer suzbijanja smetnji u mobilnom telefonu
Izvori zračenja smetnji
Smetnje koje stvara blok za obradu signala prelazi u RF blok, što dovodi do značajnog pogoršanja osjetljivosti. Jedinica za obradu signala mobilnog telefona, koja je obično izgrađena na IC-u za obradu signala osnovnog pojasa, kontrolira različite signale kao što su glasovni signal i signal za LCD zaslon. IC za obradu signala izvor je značajnog šuma jer radi na visokoj frekvenciji i na njega je povezano mnogo podatkovnih linija. Kada šum prolazi kroz podatkovne linije ili sabirnice za napajanje/GND od jedinice za obradu signala do RF jedinice, njena osjetljivost se pogoršava, što rezultira povećanjem stope pogreške u bitovima (BER).
Komponente za suzbijanje smetnji u mobilnim telefonima
Da bi se poboljšao parametar BER (Bit Error Rate), odnosno smanjio postotak primljenih pogrešnih bitova, potrebno je suzbiti smetnje koje prodiru iz bloka za obradu signala u RF blok. Da biste to učinili, instalirajte EMI filtre na sve sabirnice koje povezuju ove jedinice. Osim toga, također je važno zaštititi jedinicu za obradu signala, budući da je razina smetnji koju emitira značajno porasla u novijim mobilnim telefonima.
Ugradnja filtara na kontrolnu sabirnicu zaslona
Kontrolna sabirnica LCD-a sadrži višestruke signalne linije koje se preklapaju istovremeno, uzrokujući značajno povećanje pulsne struje koja teče u masi (GND) i strujnim krugovima. Stoga je potrebno ograničiti struju koja teče kroz signalne vodove. Obično se u tu svrhu koriste nizovi zrna feritnih čipova serije BLA31 i EMIFIL® filtri čipova serije NFA31G s otpornikom. Ako iz razloga dizajna upotreba ovih komponenti nije moguća, tada se trebaju koristiti EMC apsorberi serije EA za suzbijanje smetnji koje prolaze kroz savitljivi kabel LCD zaslona.
Poboljšana zaštita
Obično se vodljivi premaz nanosi na unutarnju površinu plastičnog kućišta mobilnog telefona. Kako se povećava funkcionalnost mobilnog telefona, tako raste i razina smetnji iz jedinice za obradu signala. Stoga je potrebno zaštititi jedinicu za obradu signala s istom pažnjom kao i RF jedinicu. Prilikom izrade kućišta za mobilni telefon, kako biste smanjili impedanciju na visokim frekvencijama, trebali biste pokušati osigurati što veću kontaktnu površinu između dijelova kućišta. Kako bi se poboljšala zaštita, metalni elementi zaštite ili EMC apsorberi trebaju se koristiti u jedinici za obradu signala, gdje je to moguće.
Shevkoplyas B.V. “Mikroprocesorske strukture. Inženjerska rješenja." Moskva, izdavačka kuća "Radio", 1990. Poglavlje 4
4.1. Suzbijanje smetnji preko primarne opskrbne mreže
Oblik izmjeničnog naponskog signala industrijske mreže napajanja (~"220 V, 50 Hz) u kratkim vremenskim razdobljima može se jako razlikovati od sinusoidnog - mogući su udari ili "umetanja", smanjenje amplitude jednog ili nekoliko poluvalova, itd. Razlozi za pojavu takvih izobličenja obično su povezani s oštrom promjenom opterećenja mreže, na primjer, kada se uključi snažan električni motor, peć ili stroj za zavarivanje. Stoga, ako je moguće , izolaciju od takvih izvora smetnji treba provesti putem mreže (Sl. 4.1).
Riža. 4.1 Mogućnosti spajanja digitalnog uređaja na primarni izvor napajanja
Uz ovu mjeru, možda će biti potrebno uvesti prenaponski filtar na ulaz napajanja uređaja kako bi se suzbile kratkotrajne smetnje. Rezonantna frekvencija filtra može biti u rasponu od 0,1,5-300 MHz; širokopojasni filtri osiguravaju potiskivanje smetnji u cijelom navedenom rasponu.
Slika 4.2 prikazuje primjer sklopa mrežnog filtra. Ovaj filtar ima dimenzije 30 X 3 OX 20 mm i montira se izravno na mrežni ulazni blok uređaja. Filtri moraju koristiti visokofrekventne kondenzatore i induktore, bez jezgre ili s visokofrekventnim jezgrama.
U nekim slučajevima potrebno je uvesti elektrostatički štit (običnu vodovodnu cijev spojenu na uzemljeno kućište strujne ploče) kako bi se unutar njega položile žice primarnog napajanja. Kao što je navedeno u, kratkovalni odašiljač taksi flote, koji se nalazi na suprotnoj strani ulice, sposoban je odašiljati signale amplitude od nekoliko stotina volti na komadu žice u određenoj relativnoj orijentaciji. Ista žica, postavljena u elektrostatički štit, bit će pouzdano zaštićena od ove vrste smetnji.
Riža. 4.2. Primjer sklopa mrežnog filtera
Pogledajmo metode za suzbijanje mrežnih smetnji izravno u napajanju uređaja. Ako se primarni i sekundarni namoti energetskog transformatora nalaze na istoj zavojnici (slika 4.3, a), tada zbog kapacitivne sprege između namota, pulsni šum može prijeći iz primarnog kruga u sekundarni. Preporučuju se četiri metode za suzbijanje takvih smetnji (redom povećanja učinkovitosti).
- Primarni i sekundarni namoti energetskog transformatora izrađeni su na različitim zavojnicama (slika 4.3, b). Prolazni kapacitet C se smanjuje, ali učinkovitost opada, jer ne ulazi sav magnetski tok iz područja primarnog namota u područje sekundarnog namota zbog raspršenja kroz okolni prostor.
- Primarni i sekundarni namoti izrađeni su na istoj zavojnici, ali su odvojeni ekranom od bakrene folije debljine najmanje 0,2 mm. Zaslon ne bi trebao biti kratko spojena petlja. Spojen je na uzemljenje tijela uređaja (Sl. 4.3, c)
- Primarni namot potpuno je zatvoren u zaslon koji nije kratkospojeni zavoj. Zaslon je uzemljen (Sl. 4.3, G).
- Primarni i sekundarni namoti su zatvoreni u pojedinačne zaslone, između kojih je položen razdjelni zaslon. Cijeli transformator je zatvoren u metalnom kućištu (Sl. 4.3,<Э). Экраны и корпус заземляются. Этот тип трансформатора в силу предельной защищенности от прохождения помех получил название «ультраизолятор».
Sa svim navedenim metodama suzbijanja buke, ožičenje mrežnih žica unutar uređaja treba biti izvedeno pomoću oklopljene žice, spajajući zaslon na masu kućišta. Nevažeći uk
ožičenje u jedan snop mrežnih i drugih (elektronske ploče, signalne itd.) žica" čak i u slučaju zaštite obaju.
Preporuča se ugradnja kondenzatora kapaciteta približno 0,1 μF paralelno s primarnim namotom energetskog transformatora u neposrednoj blizini stezaljki namota i otpornika za ograničavanje struje s otporom od oko 100 ohma u seriji s njim. To omogućuje da energija pohranjena u jezgri energetskog transformatora bude "kratko spojena" u trenutku kada se glavni prekidač otvori.
Riža. 4.3. Mogućnosti zaštite energetskog transformatora od prijenosa impulsne buke iz mreže u sekundarni krug (i obrnuto):
a—bez zaštite; b - odvajanje primarnog i sekundarnog namota; V- polaganje zaslona između namota; G - potpuna zaštita primarnog namota; d — potpuna zaštita svih elemenata transformatora
Riža. 4.4. Pojednostavljeni dijagram napajanja (A) i dijagrami (b, c), objašnjavanje rada punovalnog ispravljača.
Napajanje je veći izvor impulsne buke u mreži, što je veći kapacitet kondenzatora C
Imajte na umu da s povećanjem kapaciteta C filtra (slika 4.4, a) napajanja našeg uređaja povećava se vjerojatnost kvarova susjednih uređaja, jer potrošnja energije iz mreže od strane našeg uređaja sve više preuzima prirodu šokova. Doista, napon na izlazu ispravljača također se povećava tijekom onih vremenskih intervala kada se energija uzima iz mreže (slika 4.4, b). Ovi intervali na Sl. 4.4 su zasjenjene.
Kako se kapacitet kondenzatora C povećava, razdoblja njegovog punjenja postaju sve kraća i kraća (slika 4.4, c), a struja uzeta u impulsu iz mreže postaje veća. Dakle, naizgled "bezopasan" uređaj može stvoriti smetnje u mreži koje nisu "niže" od smetnji od aparata za zavarivanje.
4.2. Pravila uzemljenja koja pružaju zaštitu od smetnji uzemljenja
U uređajima izrađenim u obliku strukturno cjelovitih blokova, postoje najmanje dvije vrste uzemljenih sabirnica - kućište i krug. Prema sigurnosnim zahtjevima, sabirnica kućišta mora biti spojena na sabirnicu za uzemljenje položenu u prostoriji. Sabirnica strujnog kruga (u odnosu na koju se mjere naponske razine signala) ne bi trebala biti spojena na sabirnicu kućišta unutar jedinice; za nju treba osigurati poseban terminal izoliran od kućišta.
Riža. 4.5. Neispravno i ispravno uzemljenje digitalnih uređaja. Prikazana je zemaljska sabirnica koja se obično nalazi u zatvorenom prostoru.
Na sl. Slika 4.5 prikazuje mogućnosti pogrešnog i ispravnog uzemljenja grupe uređaja koji su međusobno povezani informacijskim vodovima. (ovi redovi nisu prikazani). Sabirnice uzemljenja strujnog kruga povezane su pojedinačnim žicama u točki A, a sabirnice kućišta spojene su u točki B, što je moguće bliže točki A. Točka A možda neće biti spojena na sabirnicu uzemljenja u prostorijama, ali to stvara neugodnosti, na primjer , kada radite s osciloskopom, koji je Masa sonde spojena na tijelo.
Ako je uzemljenje neispravno (vidi sl. 4.5), impulsni naponi generirani izjednačavanjem struja duž sabirnice uzemljenja zapravo će se primijeniti na ulaze glavnih elemenata primanja, što može uzrokovati njihov lažni 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 ostaje na snazi.
4.3. Suzbijanje smetnji u sekundarnim krugovima napajanja
Zbog konačnog induktiviteta sabirnica za napajanje i uzemljenje, impulsne struje uzrokuju pojavu impulsnih napona i pozitivnog i negativnog polariteta, koji se primjenjuju između pinova napajanja i uzemljenja mikro krugova. Ako su sabirnice za napajanje i uzemljenje izrađene od tankih tiskanih ili drugih vodiča, a visokofrekventni kondenzatori za odvajanje su ili potpuno odsutni ili je njihov broj nedovoljan, tada kada se nekoliko TTL mikro krugova istovremeno uključi na "dalekom" kraju tiskane ploče, , amplituda pulsnog šuma napajanja (naponski udari koji djeluju između priključka za napajanje i uzemljenja mikrosklopa) može biti 2 V ili više. Stoga se pri projektiranju tiskane pločice moraju pridržavati sljedećih preporuka.
- Sabirnice za napajanje i uzemljenje moraju imati minimalni induktivitet. Da bi to učinili, izrađeni su u obliku rešetkastih struktura koje pokrivaju cijelo područje tiskane ploče. Neprihvatljivo je spojiti TTL mikro krugove na sabirnicu koja je "slavina", jer kako se približava svom kraju, induktivitet krugova napajanja se nakuplja. Sabirnice za napajanje i uzemljenje trebaju, ako je moguće, pokriti cijelo slobodno područje tiskane ploče. Posebnu pozornost treba posvetiti dizajnu matrica za pohranu dinamičke memorije na čipovima K565RU5, RU7 itd. Matrica bi trebala biti kvadratna tako da adresa i upravljačke linije imaju minimalnu duljinu. Svaki mikro krug mora biti smješten u pojedinačnoj ćeliji rešetkaste strukture koju čine sabirnice za napajanje i uzemljenje (dvije neovisne mreže). Sabirnice za napajanje i uzemljenje matrice za pohranu ne bi trebale biti opterećene "stranim" strujama koje teku iz adresnih pokretača, pojačala upravljačkog signala itd.
- Spajanje vanjskih sabirnica napajanja i uzemljenja na pločicu preko konektora mora se izvesti preko više kontakata ravnomjerno raspoređenih po duljini konektora, tako da se u mrežne strukture sabirnica napajanja i uzemljenja može ući s više točaka odjednom.
- Suzbijanje smetnji u opskrbi električnom energijom treba se provesti blizu mjesta gdje se one pojavljuju. Stoga se visokofrekventni kondenzator kapaciteta najmanje 0,02 μF mora nalaziti u blizini pinova za napajanje svakog TTL čipa. To se posebno odnosi i na spomenute čipove dinamičke memorije. Za filtriranje niskofrekventne buke potrebno je koristiti elektrolitske kondenzatore, na primjer, s kapacitetom od 100 μF. Kada koristite dinamičke memorijske čipove, elektrolitski kondenzatori postavljaju se, na primjer, u kutove matrice za pohranu ili na drugo mjesto , ali blizu ovih čipova.
U skladu s tim, umjesto visokofrekventnih kondenzatora koriste se posebne sabirnice snage BUS-BAR, CAP-BUS, koje se postavljaju ispod vodova mikro krugova ili između njih, bez ometanja uobičajene automatizirane tehnologije za ugradnju elemenata na ploču s naknadnim lemljenjem valova. . Ove sabirnice su distribuirani kondenzatori s linearnim kapacitetom od približno 0,02 μF/cm. Za isti ukupni kapacitet kao diskretni kondenzatori, sabirnice pružaju znatno bolje odbijanje šuma pri većim gustoćama pakiranja.
Riža. 4.6. Mogućnosti spajanja P1-PZ ploča na napajanje
Na sl. 4.6 daje preporuke za spajanje uređaja izrađenih na tiskanim pločama P1-PZ na izlaz napajanja. Jakostrujni uređaj izrađen na PZ pločici stvara veću buku na sabirnicama za napajanje i uzemljenje, pa bi trebao biti fizički bliže napajanju ili još bolje svoje napajanje osigurati pomoću pojedinačnih sabirnica.
4.4. Pravila za rad s dogovorenim komunikacijskim linijama
Na sl. Slika 4.7 prikazuje oblik signala koji se prenose duž kabela, ovisno o omjeru otpora otpornika opterećenja R i karakteristične impedancije kabela p. Signali se prenose bez izobličenja pri R=p. Poznata je karakteristična impedancija pojedine vrste koaksijalnog kabela (na primjer, 50, 75, 100 ohma). Karakteristična impedancija ravnih kabela i upredenih parica obično je blizu 110-130 Ohma; njegova točna vrijednost može se dobiti eksperimentalno odabirom otpornika K, kada je spojen, izobličenje je minimalno (vidi sl. 4.7). Prilikom izvođenja eksperimenta ne biste trebali koristiti žice s promjenjivim otporom jer imaju visoku induktivnost i mogu iskriviti oblik signala.
Komunikacijski vod tipa "otvoreni kolektor" (Sl. 4.8). Za prijenos svakog glavnog signala s vremenom porasta od oko 10 ns na udaljenostima većim od 30 cm, koristi se zasebna upredena parica ili se jedan par jezgri dodjeljuje u ravnom kabelu. U pasivnom stanju svi odašiljači su isključeni. Kada se aktivira bilo koji odašiljač ili grupa odašiljača, linijski napon pada s iznad 3 V na približno 0,4 V.
Uz duljinu linije od 15 m i uz pravilno podudaranje, trajanje prijelaznih procesa u njoj ne prelazi 75 ns. Linija implementira funkciju ILI u odnosu na signale predstavljene niskim razinama napona.
Riža. 4.7. Prijenos signala putem kabela. O—generator impulsa napona
Komunikacijska linija tipa "otvoreni emiter" (Sl. 4.9"). Ovaj primjer prikazuje opciju linije pomoću ravnog kabela. Signalne žice se izmjenjuju sa žicama za uzemljenje. U idealnom slučaju, svaka signalna žica je s obje strane omeđena vlastitim žicama za uzemljenje, ali to u pravilu nije posebno potrebno. Na slici 4.9 svaka signalna žica je uz "vlastito" i "strano" uzemljenje, što je obično sasvim prihvatljivo. Ravni kabel i set upletenih parica u biti su gotovo ista stvar, a ipak je drugi poželjniji u uvjetima povećane razine vanjskih smetnji. Linija otvorenog emitera implementira funkciju ILI u odnosu na signale predstavljene visokim naponskim razinama. Karakteristike vremena približno odgovaraju onima linije "otvorenog kolektora".
Komunikacijska linija tipa "diferencijalni par" (Sl. 4.10). Linija se koristi za jednosmjerni prijenos signala i karakterizira je povećana otpornost na buku, budući da prijemnik reagira na razliku u signalima, a vanjske smetnje utječu na obje žice približno jednako. Duljina voda praktički je ograničena omskim otporom žica i može doseći nekoliko stotina metara.
Slika, 4.8. Komunikacijski vod otvorenog kolektora 
Riža. 4.9. Otvorena komunikacijska linija emitera 
Riža. 4.10. Diferencijalni par komunikacijske linije
Sve razmatrane linije trebaju koristiti prijemnike s visokom ulaznom impedancijom, malim ulaznim kapacitetom i po mogućnosti s karakteristikom histereznog prijenosa kako bi se povećala otpornost na buku.
Fizička izvedba autoceste (sl. 4. II), Svaki uređaj spojen na trunk sadrži dva konektora. Dijagram sličan onom prikazanom na Sl. 4.11 je bilo riječi ranije (vidi sliku 3.3), tako da ćemo se usredotočiti samo na pravila koja se moraju poštovati pri projektiranju odgovarajućih blokova (MB).
Prijenos glavnih signala preko konektora. Najbolje opcije za konektore ožičenja prikazane su na sl. .4.12. U tim slučajevima, prednji dio impulsa koji putuje duž glavne linije gotovo "ne osjeća" konektor, budući da je heterogenost unesena u kabelsku liniju beznačajna. U ovom slučaju, međutim, potrebno je zauzeti 50% korištenih kontakata ispod zemlje.
Ako se iz nekog razloga ovaj uvjet ne može ispuniti, tada, na štetu otpornosti na buku, možete usvojiti drugu, ekonomičniju opciju za broj kontakata za ožičenje konektora, prikazan na sl. 4.13. Ova opcija se često koristi u praksi. Uzemljenja upredene parice (ili uzemljenja ravnih kabela) montiraju se na metalne trake što većeg presjeka, npr. 5 mm2.
Ožičenje ovih zemalja provodi se ravnomjerno duž duljine trake, budući da su odgovarajuće signalne žice lemljene. Obje trake spajaju se spojnicom pomoću niza skakača minimalne duljine i maksimalnog poprečnog presjeka, a skakači su ravnomjerno raspoređeni duž duljine traka. Svaki zemaljski skakač ne smije odgovarati više od četiri signalne linije, ali ukupan broj skakača ne smije biti manji od tri (jedan u sredini i dva na rubovima).
Riža. 4.13. Prihvatljiva opcija za prijenos signala kroz konektor. N-=5 mm2—presjek šipke, 5^0,5 mm2—presjek žice za uzemljenje 
Riža. 4.14. Mogućnosti izrade grana s glavne linije
Izrada grana od glavne linije. Na sl. Na slici 4.14 prikazane su opcije za pogrešno i pravilno izvođenje odvojka od glavnog voda. Put jedne linije je praćen, žica za uzemljenje prikazana je uvjetno. Prva opcija (tipična pogreška dizajnera sklopova početnika!) karakterizirana je dijeljenjem energije vala na dva dijela, 
Riža. 4.15. Mogućnosti spajanja prijemnika na autocestu
dolazi od linije A. Jedan dio ide na naboj linije B, drugi na naboj linije C. Nakon naboja linije C, "puni" val počinje se širiti duž linije B, pokušavajući sustići prethodno otišao val s upola manjom energijom. Signalna fronta tako ima stepenasti oblik.
Ako je grananje izvedeno ispravno, segmenti linija A, C i B spojeni su u seriju, pa se val praktički ne cijepa i fronte signala nisu izobličene. Odašiljači i prijamnici koji se nalaze na ploči trebali bi biti što bliže njezinom rubu kako bi se smanjila nehomogenost uvedena na mjestu gdje se linije B i C spajaju.
Za odvajanje snopova prijemnika od okosnice, možete koristiti jednosmjerne ili dvosmjerne primopredajnike (vidi sl. 3.18, 3.19). Kada se linija grana u nekoliko smjerova, za svaki treba dodijeliti poseban odašiljač (Sl. 4.15, V).
Za prijenos preko linije, bolje je koristiti trapezoidne umjesto pravokutnih impulsa. Signali s ravnim frontama, kao što je navedeno, šire se duž linije s manje izobličenja. U načelu, u nedostatku vanjskih smetnji, za bilo koju proizvoljno dugu, pa čak i neusklađenu liniju, moguće je odabrati tako sporu stopu porasta signala da će se poslani i primljeni signali razlikovati za proizvoljno mali iznos.
Za primanje trapezoidnih impulsa, odašiljač je dizajniran kao diferencijalno pojačalo s integrirajućim povratnim krugom. Na ulazu glavnog prijemnika, također izrađenog u obliku diferencijalnog pojačala, ugrađen je integrirajući krug za filtriranje visokofrekventnih smetnji.
Kod prijenosa signala unutar ploče, kada je broj prijamnika velik, često se koristi "serijsko usklađivanje". Sastoji se od činjenice da je otpornik s otporom od 20-50 Ohma spojen u seriju s izlazom odašiljača, u neposrednoj blizini ovog izlaza. To vam omogućuje suzbijanje oscilatornih procesa na frontama signala. Ova tehnika se često koristi pri prijenosu upravljačkih signala (KA5, SAZ, \UE) iz pojačala u LSI dinamičku memoriju.
4.5. O zaštitnim svojstvima kabela
Na sl. 4.16a prikazana je najjednostavnija shema prijenosa signala preko koaksijalnog kabela, koja se u nekim slučajevima može smatrati sasvim zadovoljavajućom. Njegov glavni nedostatak je da u prisustvu struja izjednačavanja impulsa između uzemljenja okvira (izjednačavanje potencijala je glavna funkcija sustava uzemljenja okvira), dio tih struja 1 može teći kroz pletenicu kabela i uzrokovati pad napona (uglavnom zbog induktivitet pletenice), koji u konačnici djeluje na opterećenje K.
Štoviše, u tom smislu, dijagram prikazan na Sl. 4.16, a, pokazuje se poželjnijim, a s povećanjem broja dodirnih točaka između pletenice kabela i uzemljenja tijela, poboljšavaju se mogućnosti protoka induciranih naboja iz pletenice. Korištenje kabela s dodatnim opletom (slika 4.16, c) omogućuje zaštitu od kapacitivnih smetnji i struja izjednačavanja, koje u ovom slučaju teku kroz vanjsku pletenicu i nemaju praktički nikakav učinak na signalni krug.
Spajanje kabela s dodatnim opletom prema dijagramu prikazanom na sl. 4.16, d, omogućuje vam da poboljšate frekvencijska svojstva linije smanjenjem njezinog linearnog kapaciteta. U idealnom slučaju, potencijal bilo kojeg elementarnog dijela središnje jezgre podudara se s potencijalom elementarnog cilindra unutarnje pletenice koji okružuje ovaj dio.
Linije ove vrste koriste se u lokalnim računalnim mrežama za povećanje brzine prijenosa informacija. Vanjska pletenica kabela je dio signalnog kruga i stoga je ovaj krug ekvivalentan u smislu otpornosti na vanjske smetnje krugu prikazanom na sl. 4.16.6.
Riža. 4.16. Opcije kabela
Ni bakreno ni aluminijsko opletenje jednostavnog koaksijalnog kabela ne štiti ga od niskofrekventnih magnetskih polja. Ova polja induciraju emf i na dijelu pletenice i na odgovarajućem dijelu središnje jezgre.
Iako su ti EMF-ovi istog predznaka, oni se međusobno ne kompenziraju u veličini zbog različitih geometrija odgovarajućih vodiča - središnje jezgre i pletenice. Diferencijalna emf se u konačnici primjenjuje na opterećenje K. Dodatno pletenje (Sl. 4. 16, c, d) također nije u stanju spriječiti prodor niskofrekventnog magnetskog polja u svoje unutarnje područje
Zaštita od niskofrekventnih magnetskih polja osigurana je kabelom koji sadrži upleteni par žica u pletenici (Sl. 4.16, d). U ovom slučaju, EMF induciran vanjskim magnetskim poljem na žicama koje čine upredenu paricu potpuno se međusobno kompenziraju iu znaku iu apsolutnoj vrijednosti.
Ovo je tim više istinito što je korak uvijanja žice manji u odnosu na područje djelovanja polja i što se pažljivije (simetrično) uvijanje izvodi. Nedostatak takvog voda je njegov relativno niski "plafon" frekvencije - oko 15 MHz - zbog velikih gubitaka energije korisnog signala na višim frekvencijama.
Dijagram prikazan na sl. 4.16, e, pruža najbolju zaštitu od svih vrsta smetnji (kapacitivne smetnje, struje izjednačenja, niskofrekventna magnetska polja, visokofrekventna elektromagnetska polja).
Preporuča se spojiti unutarnju pletenicu na "radio" ili "istinsko" (doslovno uzemljeno) uzemljenje, a vanjsku pletenicu na uzemljenje "sustava" (strujni krug ili kućište). U nedostatku "pravog" uzemljenja, možete koristiti spojni krug prikazan na sl. 4. 16, i.
Vanjska pletenica spaja se na uzemljenje sustava na oba kraja, dok se unutarnja pletenica spaja samo na stranu izvora. U slučajevima kada nema potrebe za zaštitom od niskofrekventnih magnetskih polja i moguće je prenositi informacije bez korištenja parafaznih signala, jedna od upredenih parica može poslužiti kao signalna žica, a druga kao ekran. U tim slučajevima, dijagrami prikazani na Sl. 4.16, c,f, može se zamisliti kao koaksijalni kabel s tri oklopa - upletena parica žice za uzemljenje, unutarnje i vanjske pletenice kabela.
4.6. Korištenje optokaplera za suzbijanje smetnji
Ako su uređaji sustava međusobno udaljeni znatnom udaljenosti, npr. 500 m, onda je teško računati na to da njihova zemljišta uvijek imaju isti potencijal. Kao što je navedeno, struje izjednačenja kroz uzemljene vodiče stvaraju impulsni šum na tim vodičima zbog njihove induktivnosti. Ovaj šum se u konačnici prenosi na ulaze prijemnika i može uzrokovati lažne rezultate.
Korištenje vodova tipa "diferencijalni par" (vidi § 4.4) omogućuje vam suzbijanje samo zajedničkih smetnji i stoga ne daje uvijek pozitivne rezultate. Na sl. Slika 4.17 prikazuje dijagrame izolacije optokaplera između dva međusobno udaljena uređaja.
Riža. 4.17. Sheme izolacije optokaplera između uređaja udaljenih jedan od drugog:
a - s aktivnim prijemnikom, b- s aktivnim odašiljačem
Krug s "aktivnim prijamnikom" (slika 4.17, a) sadrži optokaparler za odašiljanje VI i optokapler za prijem V2. Kada se impulsni signali primijene na ulaz X, LED optokaplera VI povremeno emitira svjetlost; kao rezultat toga, izlazni tranzistor ovog optokaplera povremeno se zasiti i otpor između točaka a i b pada s nekoliko stotina kilo-ohma na nekoliko desetaka ohma .
Kada je izlazni tranzistor odašiljačkog optokaplera uključen, struja s pozitivnog pola izvora U2 prolazi kroz LED diodu optokaplera V2, linija (točke a i b) i vraća se na negativni pol ovog izvora. Izvor U2 izvodi se izolirano od izvora U3.
Ako je izlazni tranzistor odašiljačkog optokaplera isključen, struja ne teče kroz izvorni krug U2. Signal X" na izlazu optokaplera V2 blizu je nule ako je njegov LED uključen, a blizu +4 V ako je ovaj LED isključen. Dakle, kada je X==0, LED diode odašiljačkog i prijemnog optokaplera su uključene i stoga je X"==0. Kada je X==1 oba LED-a su isključena i X"==1.
Izolacija optokaplera može značajno povećati otpornost komunikacijskog kanala na buku i osigurati prijenos informacija na udaljenostima reda stotina metara. Diode spojene na odašiljačke i prijamne optokaplere služe za njihovu zaštitu od povratnih napona. Otpornički krug spojen na izvor U2 služi za podešavanje struje u liniji i ograničavanje struje kroz LED diodu prijemnog optokaplera.
Struja u liniji prema IRPS sučelju može se odabrati jednaka 20 ili 40 mA. Prilikom odabira vrijednosti otpornika morate uzeti u obzir omski otpor komunikacijske linije. Krug s "aktivnim odašiljačem" (Sl. 4.17, b) razlikuje se od prethodnog po tome što se napajanje za vod U2 nalazi na strani odašiljača. To ne daje nikakve prednosti - oba kruga su u biti ista i takozvane su "strujne petlje".
Preporuke dane u ovom poglavlju mogu se dizajneru sklopova početniku činiti prestroge. Borba protiv smetnji čini mu se poput “borbe s vjetrenjačama”, a nedostatak iskustva u projektiranju uređaja povećane složenosti stvara iluziju da je moguće stvoriti ispravan uređaj bez pridržavanja bilo koje od danih preporuka.
Doista, ponekad je to moguće. Postoje čak i slučajevi serijske proizvodnje takvih uređaja. No, u neformalnim osvrtima na njihov rad mogu se čuti mnogi zanimljivi netehnički izrazi, kao npr učinak posjeta i neke druge, jednostavnije i razumljivije.
EMI filter (10+)
Visokofrekventni filtar elektromagnetskih smetnji
Razlog za pojavu visokofrekventnog impulsnog šuma je banalan. Brzina svjetlosti nije beskonačna, a elektromagnetsko polje se širi brzinom svjetlosti. Kada imamo uređaj koji na neki način pretvara mrežni napon čestim uključivanjem, očekujemo da će se u strujnim žicama koje idu u mrežu pojaviti valovite struje, usmjerene jedna prema drugoj. Struja teče u uređaj duž jedne žice, a izlazi kroz drugu. Ali uopće nije tako. Zbog konačne brzine širenja polja, ulazni strujni impuls je fazno pomaknut u odnosu na izlazni. Dakle, pri određenoj frekvenciji visokofrekventne struje u mrežnim žicama teku susmjerno, u fazi.
Nažalost, povremeno se u člancima nalaze pogreške, one se ispravljaju, članci se dopunjuju, razvijaju i pripremaju novi. Pretplatite se na novosti kako biste bili informirani.
Ako vam nešto nije jasno, svakako pitajte!
