Specialitatea 221600

Saint Petersburg

1. SCOPUL LUCRĂRII

Scopul acestei lucrări este de a studia principiul de funcționare și de a determina eficiența supresoarelor de interferență cu spectru larg de impulsuri.

2. SCURT INFORMAȚII DIN TEORIE

Principalele metode de protejare a receptoarelor radio de interferența cu spectru larg de impulsuri sunt:

a) nerecepție - folosirea antenelor îngust direcționate, îndepărtarea antenei din zona de interferență de impuls și suprimarea interferenței la locul apariției acestora;

b) circuit - diferite moduri de procesare a unui amestec de semnal util - zgomot de impuls pentru a slăbi efectul de interferență.

Una dintre metodele de circuit eficiente de a trata zgomotul de impuls este utilizarea unei scheme de bandă largă - limitator de amplitudine - bandă îngustă (schema SHOU). O astfel de schemă este adesea folosită în comunicațiile radio.

În această lucrare, studiem schema SHOW pentru două cazuri:

a) semnalul util este impulsurile video;

b) semnalul util este un semnal radio continuu cu modulație de amplitudine.

Diagramele structurale pentru aceste cazuri sunt prezentate în fig. 1a și, respectiv, 1b. În primul caz, circuitul SHOU este situat după detectorul de amplitudine BP, în al doilea caz, pe calea de radiofrecvență către BP.

Schema SHOW prezentată în fig. 1a include un amplificator video de bandă largă, un limitator de amplitudine și un amplificator video de bandă îngustă conectate în serie. La intrarea circuitului: de la detector vine un amestec semnal-interferență (Fig.2a), iar durata semnalului este mult mai mare decât durata interferenței (tc>>tp), iar amplitudinea interferenței este mult mai mare decât semnalul amplitudine (Up>>Uc). Amplificatorul de bandă largă este conceput pentru a amplifica amestecul de intrare la un nivel care să asigure funcționarea normală a limitatorului. Lățimea de bandă a căii de amplificare către limitator este aleasă astfel încât să se evite o creștere semnificativă a duratei impulsului de interferență (Fig. 2b). Pragul de tăiere este puțin mai mare decât nivelul semnalului util, prin urmare, după tăiere, nivelul semnalului și al zgomotului devin aproape egale (Fig. 2c). Un amplificator (sau filtru) video cu bandă îngustă acționează ca un integrator a cărui constantă de timp este potrivită cu durata semnalului și depășește cu mult durata zgomotului. Datorită faptului că tc>>tp, semnalul de la ieșirea filtrului are timp să crească la valoarea sa de amplitudine, dar zgomotul nu (Fig. 2d). Astfel, raportul semnal-zgomot la ieșirea circuitului SHOW crește dramatic.

Să estimăm câștigul în raportul semnal/zgomot atunci când folosim schema SHOW. La intrarea în circuit, există un semnal cu amplitudinea Uc și durata tc și interferența cu o anvelopă dreptunghiulară (Up, tp). Rolul integratorului este îndeplinit de un RC - circuit de ordinul întâi cu un răspuns tranzitoriu de formă

h(t)=1- exp(- tP/ tRC) (1)

unde tRC = RC este constanta de timp a filtrului.

Din teorie se știe că durata creșterii semnalului la nivelul de 0,9 Uc pentru un astfel de circuit este determinată de relația

t n=2.3 t RC (2)

Nivelul de zgomot la ieșirea limitatorului de amplitudine Uп = Ulimit, unde Ulimit este pragul de limitare și, respectiv, nivelul semnalului util și al zgomotului la ieșirea circuitului

UcIeșire=0,9 la naiba (3)

Upufă= UcăpcăunK (4)

unde K este câștigul circuitului. Raportul semnal-zgomot al tensiunii la ieșirea circuitului SHOW

hIeșire=(Uc/ UP)out=0,9*Udin/(Ucăpcăun) (5)

Câștigul din utilizarea schemei este determinat de relație

(6)

sau, ținând cont de (5),

q1 =0.9* UP/(Ucăpcăun(1/)) (7)

pentru că tP<< tRC Șitdin=2,3 tRC, apoi

q1 =(0.9* UP/ Ucăpcăun)*(tdin/2,3 tP) » 0.4( UP/ Ucăpcăun)*(tdin/ tP) (8)

Cu circuitul SHOW oprit (limiter oprit), nivelul de zgomot la ieșire

Upufă= UPK (9)

În acest caz, raportul semnal-zgomot la ieșire

hIeșire=(Uc/ UP)out=0,9*Udin/(UP) (10)

iar câștigul obținut datorită „bandei înguste” a filtrului de ieșire, corelat în bandă cu semnalul util, este egal cu

q2=[ hIeșire/ hîn]SHOWoff=0,9/ (11)

Câștigul relativ obținut la utilizarea schemei SHOW este definit ca raport

n= q1/ q2 (12)

După înlocuirea (7) și (11) în (12) și luarea în considerare a relațiilor

n<< tRC Șitdin=2,3 tRC, , avem

n= q1/ q2 = UP/ Ucăpcăun (13)

În schema SHO (Fig. 16), amplificatorul de bandă largă reprezintă etapele rezonante ale amplificatorului de frecvență intermediară (IFA) cu o lățime de bandă mult mai mare decât lățimea spectrului de semnal util. IF-ul este situat până la limitator. O cascadă IF după limitator este utilizată ca integrator, iar lățimea de bandă a acestei cascade este potrivită cu lățimea spectrului semnalului util. Pentru a evita deteriorarea imunității la zgomot al receptorului din cauza extinderii lățimii de bandă a treptelor IF la limitator, circuitul SHOU este situat cât mai aproape de intrarea receptorului.

3. DESCRIEREA MONTAJULUI LABORATORULUI

Schema bloc a configurației de laborator pentru studierea supresoarelor de zgomot este prezentată în fig. 3. Componența instalației de laborator include:

1. Generator de semnale standard (GSS);

2. Osciloscop;

3. Model de laborator al unui supresor de interferențe.

Schema bloc a instalației este prezentată în fig. 4. Circuitul conține un simulator al unui amestec de semnale și zgomot și un circuit SHOW. O oscilație modulată în amplitudine (AMW) de la GSS este alimentată la intrarea simulatorului a amestecului de zgomot de semnal și impuls. AMK are următorii parametri:

a) amplitudine Um = 100 mV;

b) frecvența purtătoare fo == 100 kHz;

c) frecvența de modulație fm = 1 kHz. Simulatorul generează următoarele semnale:

Sam - AMK util;

Si - semnal util puls;

Sp - zgomot de impuls dreptunghiular;

Spp - interferență de impuls radio cu o formă dreptunghiulară a plicului.

SYNC - puls de ceas al osciloscopului. Pe panoul frontal al layout-ului laboratorului, este posibil să porniți semnalele și zgomotele simulate folosind comutatoarele comutatoare „Semnal pornit” și, respectiv, „Zgomot activat”. Semnalul de impuls util este amestecat cu zgomotul de impuls din sumatorul å1, iar semnalul util continuu de la zgomotul de impuls AM și radio - în sumatorul å2. Un amestec de semnal util cu interferență este alimentat la două circuite SHOW proiectate să funcționeze atât la frecvență video, cât și la frecvență radio. Circuitele de comutare se realizează prin comutatorul „Sam-Si” situat pe panoul frontal al layout-ului. Primul circuit conține un amplificator video în bandă largă (SHVU), un limitator, bazat pe diode VD1, VD2 și un filtru de bandă îngustă (UV1) implementat de un circuit RC. Al doilea circuit conține un amplificator de bandă largă, un limitator, un filtru de bandă îngustă (UV2) și un detector AMK. UV2 este un circuit oscilator L1 Sk1 Sk2, a cărui lățime de bandă este potrivită

lățimea spectrului AMC. Limitatorul este pornit de comutatorul „ON PP”. Comutatorul punctului de testare cu trei poziții (1, 2, 3) vă permite să utilizați un osciloscop pentru a observa semnalele la intrarea circuitului SHOW, la intrarea limitatorului și la ieșirea circuitului.

4. ORDINUL DE EFECTARE A LUCRĂRII

3.1. Familiarizați-vă cu principiul de funcționare al supresoarelor de interferențe și cu compoziția echipamentului utilizat.

3.2. Investigarea unui supresor de interferențe în prezența unui semnal util pulsat.

3.2.1. Pregătirea pentru muncă:

Setați un semnal la ieșirea GSS cu următorii parametri:

a) amplitudine - 100 mV;

b) frecventa - 100 kHz;

c) adâncimea de modulație - 30%.

Porniți aspectul, setați comutatorul „Sam-Si” în poziția Si, comutatoarele „Interferență activată”, „Semnal activat” - în poziția pornit, comutatorul punctului de control - în poziția 1.

3.2.2. Masuri:

Cu ajutorul unui osciloscop, se măsoară parametrii semnalului și zgomotului la intrarea circuitului (amplitudinea semnalului Uc și zgomotul Upp; durata semnalului tc și zgomotul tp);

Calculați raportul semnal-zgomot din tensiunea de la intrarea circuitului;

Observați semnalul la punctele de control ale circuitului cu supresorul de zgomot pornit și oprit, oprind limitatorul cu comutatorul basculant "On PP";

Măsurați raportul semnal-zgomot la ieșirea circuitului cu supresorul de zgomot pornit și oprit;

Pe baza rezultatelor măsurătorilor, determinați câștigul relativ și comparați cu cel calculat;

Desenați oscilograme la punctele de control ale circuitului cu supresorul pornit și oprit.

3.3.Cercetarea supresoarelor de interferențe la primirea unui semnal cAM continuu.

3.3.1. Pregătirea pentru muncă:

Setați comutatoarele în următoarele poziții:

a) „Sam-Si”-Sam

b) "Semnal pornit" - activat;

c) „Interferență activată” - oprită;

d) puncte de control - 3;

prin modificarea frecvenței generatorului în 100 kHz, pentru a obține semnalul maxim la ieșirea detectorului. Observarea se efectuează pe ecranul osciloscopului.

3.3.2 Măsurători:

Observați semnalul la punctele de control ale circuitului cu supresorul de zgomot pornit și oprit, oprind limitatorul cu comutatorul basculant "On PP",

Măsurați raportul semnal-zgomot la intrarea circuitului (punctul de testare 1);

Măsurați raportul semnal-zgomot la ieșirea circuitului (punctul de testare 3) cu supresorul pornit și oprit;

Notă, nivelurile semnalului util și al zgomotului la intrarea și la ieșirea circuitului sunt măsurate separat (semnalul și zgomotul sunt pornite de comutatoarele basculante „semnal pornit” și „zgomot pornit”);

Pe baza rezultatelor măsurătorilor, determinați câștigul în raport cu zgomotul semnalului atunci când utilizați schema SHOW și câștigul relativ.

schema bloc a supresorului de zgomot studiat;

oscilograme de semnale la punctele de control ale circuitului;

calculul câștigului așteptat în ceea ce privește semnalul/interferența la recepția semnalelor video;

date experimentale privind eficacitatea supresoarelor de interferențe pentru semnale video și radio.

LITERATURĂ

Protecție împotriva interferențelor radio. , si etc.; Ed. M.: Sov. radio, 1976

Suprimator de supratensiune pentru Р399А.

În ultimele luni, odată cu includerea iluminatului stradal, mi-a devenit aproape imposibil să lucrez la aer din cauza prezenței interferențelor puternice de la lămpile DRL. Dispozitivul meu nu este importat, ci un transceiver R399A, care este folosit ca unitate de bază pentru VHF („Hyacinth” este folosit ca oscilator de referință în sintetizatoarele HF pentru console). După ce am plecat în vacanță, am decis să mă ocup cumva de problema care a apărut și, în decurs de o săptămână, a fost proiectat „Supresorul de zgomot de impuls (PIP)” propus.

Schema schematică a dispozitivului este prezentată în Fig.1. PIP constă din două noduri: un detector de vârf și un nod de suprimare a pulsului. Dispozitivul dintre al doilea mixer și IF este pornit (cale de 215 kHz).

Circuitul detector de vârf cu unele modificări a fost împrumutat din revista „Ham Radio, 2, 1973, W2EGH”, în special, au fost adăugate lanțurile D1, R6, S1 și D2, R7, S2, iar ansamblul supresorului a fost realizat conform circuitul de atenuator controlat R16, C18, Q4, a cărui introducere, printre altele, a îmbunătățit oarecum intervalul dinamic al AGC-ului receptorului. Utilizarea liniilor de întârziere comune pentru aceste dispozitive LC nu a oferit niciun avantaj. Probabil datorită lățimii de bandă înguste din cauza IF scăzută și, ca urmare, „întinderii” impulsului de interferență. Utilizarea unui amplificator de bandă largă bazat pe tranzistorul KT610A la intrarea detectorului de vârf se datorează necesității de a obține un semnal nedistorsionat la ieșire cu o amplitudine de până la 20 V și, în consecință, un efect minim asupra duratei și forma pulsului de zgomot inițial. Utilizarea AGC-ului suplimentar în amplificator a înrăutățit doar funcționarea acestuia, dar introducerea lanțului D2, R7 blochează automat funcționarea PIP-ului în prezența unui semnal util puternic (testat până la +60 dB pe un semnal real de la aer cu amplificare totală a R1). S1 - „Suprimarea profundă” vă permite să eliminați chiar și interferențele mici doar la niveluri foarte scăzute ale semnalului util (testat la recepționarea stațiilor EME în modul JT65B), cu o putere a semnalului de S2 sau mai mare, anvelopa detectată se suprapune semnalului. Calitatea decodării în modul FSK441 nu a fost încă testată cu adevărat.

Schema PIP este încă în curs de finalizare, dar, cu toate acestea, poate oferi deja un serviciu bun pentru munca reală în direct celor care au nevoie de el. Orice revizuire și publicare care îmbunătățește parametrii dispozitivului este de asemenea binevenită.

La comutarea surselor de alimentare, interferențele apar la comutarea elementelor cheie. Această interferență este indusă pe cablul de alimentare conectat la rețeaua de curent alternativ. Prin urmare, trebuie luate măsuri pentru a le suprima.

Soluție tipică de filtrare a rețelei EMI pentru comutarea sursei de alimentare

Pentru a suprima interferențele care pătrund prin cablul de alimentare în circuitul primar de la o sursă de alimentare comutată, este utilizat circuitul prezentat în Figura 9.

Figura 9 - Suprimarea zgomotului care pătrunde prin cablu

Zgomot în mod diferențial și comun

Există două tipuri de interferență: modul diferențial și modul comun. Curentul de zgomot diferențial indus pe ambele fire ale liniei de alimentare circulă în direcții opuse în ele, așa cum se arată în Figura 10. Curentul de mod comun circulă în toate liniile în aceeași direcție, vezi Figura 11.

Figura 10 - Zgomot diferențial

Figura 11 - Interferență în modul comun

Scopul funcțional al elementelor de filtrare a rețelei

Figurile de mai jos prezintă exemple de utilizare a diferitelor elemente de filtrare și grafice care ilustrează efectul aplicării acestora. Graficele prezentate arată modificarea intensității zgomotului diferențial și de mod comun a unei surse de alimentare cu comutație în raport cu nivelul zgomotului industrial. Figura 12 prezintă graficele de semnal în absența unui filtru la intrarea unei surse de alimentare comutatoare. După cum se poate observa din grafic, nivelul zgomotului în mod diferenţial și comun este destul de ridicat. Figura 13 ilustrează un exemplu de utilizare a unui condensator X de filtrare. Graficul arată o scădere vizibilă a nivelului de zgomot diferențial.

Figura 14 arată rezultatele utilizării împreună a condensatoarelor X și condensatoarelor Y. Graficul arată clar suprimarea efectivă atât a modului comun, cât și a zgomotului diferențial. Utilizarea condensatoarelor X și a condensatoarelor Y în combinație cu o bobine de mod comun (choke de mod comun) este prezentată în Figura 15. Graficul arată o reducere suplimentară a nivelului de zgomot atât diferenţial, cât și de mod comun. Acest lucru se datorează faptului că un șoc real în mod comun are o anumită inductanță diferențială.

Figura 12 - Fără filtru

Figura 13 - Utilizarea unui condensator X

Figura 14 - Utilizarea unui condensator X și a unui condensator Y

Figura 15 - Folosind un condensator X, un condensator Y și o bobine de mod comun

Un exemplu de suprimare a interferențelor într-un telefon mobil

Surse de interferență radiată

Interferența generată de unitatea de procesare a semnalului trece în unitatea RF, ceea ce duce la o deteriorare semnificativă a sensibilității. O unitate de procesare a semnalului unui telefon mobil, care este de obicei construită pe un circuit integrat de procesare a semnalului în bandă de bază, controlează diferite semnale, cum ar fi un semnal vocal și un semnal pentru un afișaj LCD. Un circuit integrat de procesare a semnalului este o sursă de interferență semnificativă deoarece funcționează la o frecvență înaltă și are multe linii de date conectate la el. Când interferența trece prin liniile de date sau magistralele de alimentare/GND de la unitatea de procesare a semnalului la unitatea RF, sensibilitatea acesteia se deteriorează, ca urmare, rata de eroare a biților (BER) crește.

Componente pentru suprimarea interferențelor în telefoanele mobile

Pentru a îmbunătăți parametrul BER (Bit Error Rate), adică pentru a reduce procentul de biți eronați primiți, este necesar să suprimați interferența de la unitatea de procesare a semnalului în unitatea RF. Pentru a face acest lucru, instalați filtre EMI pe toate magistralele care conectează aceste blocuri. În plus, este, de asemenea, important să protejați unitatea de procesare a semnalului, deoarece nivelul de interferență emis de aceasta a crescut semnificativ la cele mai recente modele de telefoane mobile.

Setarea filtrelor pe magistrala de control a afișajului

Busul de control LCD conține multe linii de semnal care se comută în același timp, ceea ce determină o creștere semnificativă a curentului de supratensiune care curge în pământ (GND) și în circuitele de alimentare. Prin urmare, este necesar să se limiteze curentul care circulă prin liniile de semnal. În mod obișnuit, pentru aceasta sunt utilizate matricele de cipuri de ferită din seria BLA31 și filtrele cu cipuri EMIFIL® din seria NFA31G cu o rezistență. Dacă, din motive structurale, utilizarea acestor componente nu este posibilă, atunci absorbantele EMC din seria EA ar trebui utilizate pentru a suprima interferențele care trec prin cablul flexibil al afișajului LCD.

Îmbunătățirea ecranului

De obicei, un strat conductiv este aplicat pe suprafața interioară a carcasei de plastic a unui telefon mobil. Odată cu extinderea funcționalității telefonului mobil, crește și nivelul de interferență de la unitatea de procesare a semnalului. Prin urmare, este necesar să protejați unitatea de procesare a semnalului cu aceeași grijă ca și unitatea RF. Atunci când proiectați o carcasă de telefon mobil, pentru a reduce impedanța la frecvență înaltă, ar trebui să încercați să vă asigurați că zona de contact dintre părțile carcasei este cât mai mare posibil. Pentru a îmbunătăți ecranarea, elementele de ecranare metalice sau absorbante EMC ar trebui utilizate acolo unde este posibil în unitatea de procesare a semnalului.

Shevkoplyas B.V. „Structuri de microprocesoare. Soluții de inginerie.» Moscova, Editura Radio, 1990. capitolul 4

4.1. Suprimarea interferențelor pe rețeaua de alimentare primară

Forma de undă a tensiunii alternative a unei surse de alimentare industriale (~ "220 V, 50 Hz) pentru perioade scurte de timp poate diferi foarte mult de una sinusoidală - sunt posibile supratensiuni sau "inserții", o scădere a amplitudinii unuia sau mai multor semi-unde etc. Cauzele unor astfel de distorsiuni sunt legate de obicei de o schimbare bruscă a sarcinii rețelei, de exemplu, atunci când este pornit un motor electric puternic, cuptor, mașină de sudură. Prin urmare, este necesar, dacă este posibil, să izolați de astfel de surse de interferență prin intermediul rețelei (Fig. 4.1).

Orez. 4.1 Opțiuni pentru conectarea unui dispozitiv digital la sursa de alimentare primară

În plus față de această măsură, poate fi necesară introducerea unui filtru de linie la intrarea de putere a dispozitivului pentru a suprima interferențele pe termen scurt. Frecvența de rezonanță a filtrului poate fi în intervalul 0,1,5-300 MHz; Filtrele de bandă largă asigură suprimarea interferențelor pe întreaga gamă specificată.

Figura 4.2 prezintă un exemplu de circuit de filtru de rețea.Acest filtru are dimensiunile de 30 X30X20 mm și este montat direct pe blocul de intrare în rețea în dispozitiv. Filtrele ar trebui să utilizeze condensatori și inductori de înaltă frecvență, fie fără miezuri, fie cu miezuri de înaltă frecvență.

În unele cazuri, este obligatorie introducerea unui scut electrostatic (o conductă de apă obișnuită conectată la o carcasă de alimentare cu împământare) pentru așezarea firelor rețelei primare de alimentare în interiorul acesteia. După cum se menționează în, emițătorul de unde scurte al flotei de taxiuri, situat pe partea opusă străzii, este capabil, cu o anumită orientare relativă, să inducă semnale cu o amplitudine de câteva sute de volți pe o bucată de sârmă. Același fir, plasat într-un scut electrostatic, va fi protejat în mod fiabil de acest tip de interferență.

Orez. 4.2. Exemplu de circuit de filtru de rețea

Luați în considerare metode de suprimare a interferențelor de rețea direct în sursa de alimentare a dispozitivului. Dacă înfășurările primare și secundare ale unui transformator de putere sunt situate pe aceeași bobină (Fig. 4.3, a), atunci datorită cuplării capacitive dintre înfășurări, zgomotul de impuls poate trece de la circuitul primar la secundar. Conform celor recomandate patru moduri de a suprima astfel de interferențe (în ordinea creșterii eficienței).

1. Înfășurările primare și secundare ale transformatorului de putere sunt efectuate pe diferite bobine (Fig. 4.3, b). Capacitatea de trecere C scade, dar eficiența scade, deoarece nu tot fluxul magnetic din regiunea de înfășurare primară intră în regiunea de înfășurare secundară din cauza împrăștierii prin spațiul înconjurător.
2. Înfășurările primare și secundare sunt realizate pe aceeași bobină, dar sunt separate printr-un ecran de folie de cupru cu o grosime de cel puțin 0,2 mm. Ecranul nu trebuie să fie o bobină scurtcircuitată. Este conectat la masa corpului dispozitivului (Fig. 4.3, c)
3. Înfășurarea primară este complet închisă într-un ecran, care nu este o bobină scurtcircuitată. Ecranul este împământat (Fig. 4.3, G).
4. Înfășurările primare și secundare sunt închise în ecrane individuale, între care este așezat un ecran de separare. Întregul transformator este închis într-o carcasă metalică (Fig. 4.3,<Э). Экраны и корпус заземляются. Этот тип трансформатора в силу предельной защищенности от прохождения помех получил название «ультраизолятор».

Cu toate metodele enumerate de suprimare a interferențelor, cablarea firelor de rețea din interiorul dispozitivului trebuie efectuată cu un fir ecranat, conectând scutul la masa șasiului. Regatul Unit nevalid
așezarea într-un pachet de fire de rețea și altele (plăci de alimentare, semnal etc.) „chiar și în cazul ecranării ambelor.

Se recomandă instalarea unui condensator cu o capacitate de aproximativ 0,1 μF în paralel cu înfășurarea primară a transformatorului de putere în imediata apropiere a bornelor de înfășurare și, în serie cu acesta, un rezistor limitator de curent cu o rezistență de aproximativ 100 ohmi. Acest lucru face posibilă „închiderea” energiei stocate în miezul transformatorului de putere în momentul deschiderii întrerupătorului de alimentare.

Orez. 4.3. Opțiuni pentru protejarea transformatorului de putere de transmiterea zgomotului de impuls de la rețea la circuitul secundar (și invers):
a - fără protecție; b - separarea înfăşurărilor primare şi secundare; în- așezarea ecranului între înfășurări; G - ecranarea completă a înfășurării primare; e - ecranarea completă a tuturor elementelor transformatorului

Orez. 4.4. Schema de alimentare simplificată (dar) si diagrame (b, c), explicând funcționarea unui redresor cu undă întreagă.

Sursa de alimentare este sursa mai mare de zgomot de impuls în rețea, cu atât capacitatea condensatorului C este mai mare

Rețineți că odată cu creșterea capacității C a filtrului (Fig. 4.4, a) a sursei de alimentare a dispozitivului nostru, probabilitatea defecțiunilor dispozitivelor învecinate crește, deoarece consumul de energie din rețea de către dispozitivul nostru ia din ce în ce mai mult caracterul șocurilor. Într-adevăr, tensiunea la ieșirea redresorului crește și în acele intervale de timp când energia este preluată din rețea (Fig. 4.4, b). Aceste intervale din fig. 4.4 sunt umbrite.

Odată cu creșterea capacității condensatorului C, perioadele de încărcare a acestuia devin mai mici (Fig. 4.4, c), iar curentul preluat din rețea într-un impuls crește. Astfel, un dispozitiv în exterior „inofensiv” poate crea interferențe în rețea care „nu este inferioară” interferențelor de la o mașină de sudură.

4.2. Reguli de bază pentru protecția împotriva interferențelor la sol

În dispozitivele realizate sub formă de blocuri finisate structural, există cel puțin două tipuri de magistrale „la sol” - carcasă și circuit. Carcasa, în conformitate cu cerințele de siguranță, trebuie să fie conectată la magistrala de masă așezată în cameră. Busul de circuit (față de care sunt măsurate nivelurile de tensiune ale semnalelor) nu trebuie conectat la magistrala carcasei din interiorul blocului - pentru aceasta trebuie scos un terminal separat izolat de carcasă.

Orez. 4.5. Împământarea incorectă și corectă a dispozitivelor digitale. Este prezentat un autobuz la sol, care este de obicei disponibil în interior.

Pe fig. 4.5 prezintă opțiuni pentru împământarea incorectă și corectă a unui grup de dispozitive care sunt interconectate prin linii de informații. (aceste rânduri nu sunt afișate). Magistralele de circuit „masă” sunt conectate prin fire individuale în punctul A, iar magistralele carcasei sunt conectate în punctul B, cât mai aproape posibil de punctul A. Este posibil ca punctul A să nu fie conectat la magistrala de masă din incintă, dar acest lucru creează inconvenient, de exemplu, atunci când se lucrează cu un osciloscop, care are „Pământul” sondei este conectat la carcasă.

În caz de împământare incorectă (vezi Fig. 4.5), tensiunile de impuls generate de curenții de egalizare de pe magistrala de pământ vor fi aplicate efectiv la intrările elementelor principale de recepție, ceea ce poate provoca funcționarea lor falsă. Trebuie remarcat faptul că alegerea celei mai bune opțiuni de împământare depinde de condițiile „locale” specifice și este adesea efectuată după o serie de experimente atente. Cu toate acestea, regula generală (vezi Figura 4.5) este întotdeauna valabilă.

4.3. Suprimarea interferențelor pe circuitele secundare de alimentare

Datorită inductanței finite a șinelor de putere și de masă, curenții de supratensiune determină aplicarea unor tensiuni de supratensiune atât de polaritate pozitivă, cât și de polaritate negativă între pinii de putere și de masă ai circuitelor integrate. Dacă magistralele de alimentare și de masă sunt realizate din conductori subțiri imprimate sau din alte conductori, iar condensatorii de decuplare de înaltă frecvență sunt fie complet absenți, fie numărul lor este insuficient, atunci când mai multe microcircuite TTL sunt comutate simultan la capătul „depărtat” al circuitului imprimat bord, amplitudinea zgomotului de impuls pe sursa de alimentare (supratensiuni care acționează între pinii de putere și de masă ai microcircuitului) poate fi de 2 V sau mai mult. Prin urmare, atunci când proiectați o placă de circuit imprimat, trebuie respectate următoarele recomandări.

1. Șinele de alimentare și de masă trebuie să aibă inductanță minimă. Pentru a face acest lucru, ele sunt realizate sub formă de structuri de zăbrele care acoperă întreaga zonă a plăcii de circuit imprimat. Este inacceptabilă conectarea microcircuitelor TTL la magistrală, care este o „ramură”, deoarece pe măsură ce se apropie de capătul său, inductanța circuitelor de alimentare se acumulează. Șinele de alimentare și de masă ar trebui, dacă este posibil, să acopere întreaga zonă liberă a plăcii de circuit imprimat. O atenție deosebită trebuie acordată proiectării matricelor de memorie dinamică acumulativă bazate pe K565RU5, RU7 etc. Matricea ar trebui să fie un pătrat, astfel încât liniile de adresă și de control să aibă o lungime minimă. Fiecare microcircuit trebuie să fie amplasat într-o celulă individuală a unei structuri de rețea formată din magistrale de putere și de masă (două rețele independente). Magistralele de putere și de masă ale matricei de stocare nu ar trebui să fie încărcate cu curenți „străini” care curg de la formatoare adresabile, amplificatoare de semnal de control etc.
2. Conectarea magistralelor externe de alimentare și de masă la placă prin conector trebuie să se facă prin mai multe contacte distanțate uniform de-a lungul lungimii conectorului, astfel încât intrarea în structurile de rețea ale magistralelor de putere și de masă să se facă din mai multe puncte simultan.
3. Suprimarea interferențelor de putere ar trebui efectuată în apropierea locurilor de apariție a acestora. Prin urmare, un condensator de înaltă frecvență cu o capacitate de cel puțin 0,02 microfarad trebuie să fie amplasat lângă pinii de putere ai fiecărui cip TTL. Acest lucru se aplică și într-o măsură specială cipurilor de memorie dinamică menționate. Pentru a filtra interferențele de joasă frecvență, este necesar să folosiți condensatori electrolitici, de exemplu, cu o capacitate de 100 μF. Când se utilizează microcircuite de memorie dinamică, condensatoarele electrolitice sunt instalate, de exemplu, la colțurile matricei de stocare sau în alt loc. , dar lângă aceste microcircuite.

Prin urmare, în loc de condensatoare de înaltă frecvență, se folosesc magistrale speciale de alimentare BUS-BAR, CAP-BUS, care sunt așezate sub liniile de microcircuite sau între ele, fără a încălca tehnologia automată obișnuită pentru instalarea elementelor pe placă, urmată de „ lipirea valului. Aceste magistrale sunt condensatoare distribuite cu o capacitate de aproximativ 0,02 uF/cm. Pentru aceeași capacitate totală ca și condensatoarele discrete, barele oferă o respingere semnificativ mai bună a zgomotului la densități mai mari de împachetare.

Orez. 4.6. Opțiuni pentru conectarea plăcilor P1-PZ la sursa de alimentare

Pe fig. 4.6 oferă recomandări pentru conectarea dispozitivelor realizate pe plăcile cu circuite imprimate P1-PZ la ieșirea sursei de alimentare. Un dispozitiv de curent mare realizat pe o placă PZ creează mai mult zgomot pe magistralele de alimentare și de masă, așa că ar trebui să fie fizic mai aproape de sursa de alimentare sau chiar mai bine, să fie alimentat folosind magistralele individuale.

4.4. Reguli de lucru cu linii de comunicare agreate

Pe fig. 4.7 arată forma semnalelor transmise prin cablu, în funcție de raportul dintre rezistența rezistenței de sarcină R și impedanța de undă a cablului p. Semnalele sunt transmise fără distorsiuni la R=p. Este cunoscută impedanța caracteristică a unui anumit tip de cablu coaxial (de exemplu, 50, 75, 100 ohmi). Impedanța caracteristică a cablurilor plate și a perechilor răsucite este de obicei apropiată de 110-130 ohmi; valoarea sa exactă poate fi obținută experimental prin selectarea unui rezistor K, atunci când este conectat, distorsiunea este minimă (vezi Fig. 4.7). Când se efectuează un experiment, rezistențele variabile înfășurate nu trebuie utilizate, deoarece au o inductanță mare și pot introduce distorsiuni în forma de undă.

Linie de comunicație de tip „open collector” (Fig. 4.8). Pentru transmiterea fiecărui semnal trunchi cu o durată frontală de aproximativ 10 ns la distanțe care depășesc 30 cm, se folosește o pereche răsucită separată sau o pereche de nuclee este alocată într-un cablu plat. În starea pasivă, toate emițătoarele sunt oprite. Când orice transmițător sau grup de transmițători este declanșat, tensiunea de pe linie scade de la un nivel care depășește 3 V la aproximativ 0,4 V.

Cu o lungime a liniei de 15 m și cu potrivirea sa corectă, durata proceselor tranzitorii în ea nu depășește 75 ns. Linia implementează funcția SAU în raport cu semnalele reprezentate de niveluri de tensiune scăzută.

Orez. 4.7. Transmiterea semnalelor prin cablu. O—generator de impulsuri de tensiune

Linie de comunicație de tip „emițător deschis” (Fig. 4.9 "). Acest exemplu arată o variantă a unei linii folosind un cablu plat. Firele de semnal alternează cu firele de împământare. În mod ideal, fiecare fir de semnal este flancat pe ambele părți de propriile fire de împământare, dar acest lucru nu este de obicei necesar. În Figura 4.9, fiecare fir de semnal este adiacent cu pământul „propriu” și „străin”, ceea ce este de obicei destul de acceptabil. Un cablu plat și un set de perechi răsucite sunt în esență același lucru și, totuși, acesta din urmă este de preferat în condițiile unui nivel ridicat de interferență externă. O linie cu emițător deschis implementează o funcție de fir SAU în raport cu semnalele reprezentate de niveluri de tensiune înaltă. Caracteristicile de sincronizare corespund aproximativ cu cele ale unei linii „colector deschis”.

Linie de comunicație de tip „pereche diferențială” (Fig. 4.10). Linia este folosită pentru transmisia unidirecțională a semnalului și se caracterizează printr-o imunitate sporită la zgomot, deoarece receptorul reacționează la diferența de semnal, iar interferența indusă din exterior acționează asupra ambelor fire aproximativ în același mod. Lungimea liniei este practic limitată de rezistența ohmică a firelor și poate ajunge la câteva sute de metri.

Fig, 4.8. Linie de comunicație de tip „open collector”.

Orez. 4.9. Linie de comunicație de tip „emițător deschis”.

Orez. 4.10. Tip de linie de comunicație „pereche diferențială”

Toate liniile luate în considerare ar trebui să utilizeze receptoare cu impedanță de intrare mare, capacitate de intrare scăzută și, de preferință, cu o caracteristică de transfer de histerezis pentru a crește imunitatea la zgomot.

Implementarea fizică a autostrăzii (Fig. 4. II), Fiecare dispozitiv conectat la portbagaj conține doi conectori. O schemă similară cu cea prezentată în fig. 4.11, a fost luat în considerare mai devreme (vezi Fig. 3.3), așa că ne vom concentra doar pe regulile care trebuie respectate la proiectarea unităților de potrivire (SB).

Transmiterea semnalelor trunchiului prin conectori. Cele mai bune opțiuni pentru lipirea conectorilor sunt prezentate în fig. .4.12. Partea frontală a pulsului care trece de-a lungul liniei principale în aceste cazuri aproape „nu simte” conectorul, deoarece neomogenitatea introdusă în linia de cablu este nesemnificativă. În acest caz, însă, se cere să ocupe 50% din contactele folosite în subteran.

Dacă din anumite motive această condiție nu este fezabilă, atunci în detrimentul imunității la zgomot, este posibil să luați a doua opțiune, mai economică, în ceea ce privește numărul de contacte, pentru lipirea conectorilor, prezentată în Fig. 4.13. Această opțiune este adesea folosită în practică. Împământările perechi răsucite (sau împământarea cablurilor plate) sunt asamblate pe benzi metalice cu cea mai mare secțiune transversală posibilă, de exemplu 5 mm2.

Deslipirea acestor terenuri se efectuează uniform pe lungimea barei, deoarece firele de semnal corespunzătoare sunt deslipite. Ambele benzi sunt conectate printr-un conector folosind o serie de jumperi de lungime minimă și secțiune transversală maximă, iar jumperii sunt distanțați uniform de-a lungul lungimii benzilor. Fiecare jumper de masă trebuie să corespundă cu cel mult patru linii de semnal, dar numărul total de jumperi nu trebuie să fie mai mic de trei (unul în centru și două la margini).

Orez. 4.13. Opțiune permisă pentru transmiterea semnalului prin conector. H-=5 mm2—secțiune transversală bară, 5^0,5 mm2—secțiune transversală fir de împământare

Orez. 4.14. Variante de execuție a ramurilor din principal

Implementarea ramurilor din autostrada. Pe fig. 4.14 prezintă opțiuni pentru executarea incorectă și corectă a unei ramuri din principal. Calea unei linii este trasată, firul de împământare este afișat condiționat. Prima opțiune (o greșeală tipică a inginerilor de circuite începători!) Se caracterizează prin împărțirea energiei valurilor în două părți,

Orez. 4.15. Opțiuni pentru conectarea receptoarelor la portbagaj
provenind de la linia A. O parte merge la sarcina liniei B, cealaltă la sarcina liniei C. După încărcarea liniei C, unda „plină” începe să se propagă de-a lungul liniei B, încercând să ajungă din urmă unda. cu jumătate din energia rămasă mai devreme. Frontul de semnal are astfel o formă în trepte.

Cu o ramificare adecvată, segmentele de linie A, C și B sunt conectate în serie, astfel încât unda practic nu se împarte și fronturile de semnal nu sunt distorsionate. Emițătoarele și receptoarele amplasate pe placă trebuie să fie cât mai aproape de marginea acesteia pentru a reduce neomogenitatea introdusă la punctul de îmbinare a segmentelor de linie B și C.

Transceiverele cu una sau două căi pot fi utilizate pentru a decupla fasciculele receptorului de coloana vertebrală (vezi Fig. 3.18. 3.19). Când ramificați linia în mai multe direcții, trebuie alocat un transmițător separat pentru fiecare (Fig. 4.15, în).

Pentru transmisia pe linie, este mai bine să folosiți impulsuri nu dreptunghiulare, ci trapezoidale. Semnalele cu fronturi superficiale, după cum s-a menționat, se propagă de-a lungul liniei cu mai puțină distorsiune. În principiu, în absența interferențelor externe, pentru orice linie arbitrar de lungă și chiar inconsecventă, se poate alege o rată de creștere a semnalului atât de lentă încât semnalele transmise și recepționate vor diferi cu o cantitate arbitrar de mică.

Pentru a primi impulsuri trapezoidale, emițătorul este realizat sub forma unui amplificator diferențial cu un circuit de feedback integrator. La intrarea receptorului principal, realizat tot sub forma unui amplificator diferential, este instalat un circuit integrator pentru a filtra zgomotul de inalta frecventa.

Când se transmit semnale în interiorul plăcii, când numărul de receptoare este mare, se folosește adesea „potrivirea în serie”. Constă în faptul că în serie cu ieșirea emițătorului, în imediata apropiere a acestei ieșiri, se conectează un rezistor cu o rezistență de 20-50 ohmi. Acest lucru face posibilă suprimarea proceselor oscilatorii pe fronturile de semnal. Această tehnică este adesea folosită la transmiterea semnalelor de control (KA5, SAZ, \UE) de la amplificatoare la memoria dinamică LSI.

4.5. Despre proprietățile de protecție ale cablurilor

Pe fig. 4.16a prezintă cea mai simplă schemă de transmitere a semnalelor printr-un cablu coaxial, care în unele cazuri poate fi considerată destul de satisfăcătoare. Principalul său dezavantaj este că, în prezența curenților de egalizare pulsați între împământările corpului (egalizarea potențialului este funcția principală a sistemului de împământare al corpului), unii dintre acești curenți 1 pot circula prin mantaua cablului și pot provoca o cădere de tensiune (în principal datorită inductanța mantalei), care acționează în cele din urmă asupra sarcinii K.

Mai mult, în acest sens, circuitul prezentat în Fig. 4.16, a, se dovedește a fi de preferat, iar odată cu creșterea numărului de puncte de contact dintre împletitura cablului și masa corpului, se îmbunătățesc posibilitățile ca sarcinile induse să se scurgă din împletitură. Utilizarea unui cablu cu o împletitură suplimentară (Fig. 4.16, c) vă permite să vă protejați atât de pickup-urile capacitive, cât și de curenții de egalizare, care în acest caz curg prin împletitura exterioară și practic nu afectează circuitul semnalului.

Includerea unui cablu cu o împletitură suplimentară conform schemei prezentate în fig. 4.16, d, vă permite să îmbunătățiți proprietățile de frecvență ale liniei prin reducerea capacității sale liniare. În cazul ideal, potențialul oricărei secțiuni elementare a miezului central coincide cu potențialul cilindrului elementar al împletiturii interioare care înconjoară această secțiune.

Liniile de acest tip sunt folosite în rețelele locale de calculatoare pentru a crește viteza de transfer de informații. Mantaua exterioară a cablului face parte din circuitul de semnal și, prin urmare, acest circuit este echivalent în ceea ce privește protecția împotriva interferențelor externe cu circuitul prezentat în fig. 4.16.6.

Orez. 4.16. Opțiuni de cablu

Nici învelișul de cupru, nici de aluminiu a unui cablu coaxial simplu nu îl protejează de expunerea la câmpuri magnetice de joasă frecvență. Aceste câmpuri induc EMF atât pe segmentul împletiturii cât și pe segmentul corespunzător al miezului central.

Deși aceste CEM au același nume în semn, ele nu se compensează reciproc ca mărime datorită geometriei diferite a conductorilor corespunzători - miezul central și împletitura. EMF diferenţial este în cele din urmă aplicat sarcinii K. O împletitură suplimentară (Fig. 4. 16, c, d) de asemenea, nu poate împiedica câmpul magnetic de joasă frecvență să pătrundă în zona sa interioară

Protecția împotriva câmpurilor magnetice de joasă frecvență este asigurată de un cablu care conține o pereche de fire răsucite închise într-o împletitură (Fig. 4.16, e).În acest caz, EMF indus de un câmp magnetic extern pe firele care alcătuiesc perechea răsucită se compensează complet reciproc atât în ​​semn cât și în valoare absolută.

Acest lucru este cu atât mai adevărat, cu cât este mai mic pasul torării firelor în comparație cu aria de acțiune a câmpului și cu atât mai atent (simetric) este efectuată răsucirea. Dezavantajul unei astfel de linii este „plafonul” de frecvență relativ joasă — de ordinul a 15 MHz — din cauza pierderilor mari de energie ale semnalului util la frecvențe mai mari.

Schema prezentată în fig. 4.16, e, asigură cea mai bună protecție împotriva tuturor tipurilor de interferențe (interferențe capacitive, curenți de egalizare, câmpuri magnetice de joasă frecvență, câmpuri electromagnetice de înaltă frecvență).

Se recomandă conectarea împletiturii interioare la pământul „ingineria radio” sau „adevărat” (în sensul literal, împământat), iar împletitura exterioară la pământul „sistemului” (circuit sau carcasă). În absența unei legături „adevărate”, puteți utiliza circuitul de comutare prezentat în fig. 4. 16, bine.

Impletitura exterioară se conectează la împământarea sistemului la ambele capete, în timp ce împletitura interioară se conectează numai la partea sursă. În acele cazuri în care nu este nevoie să se protejeze împotriva câmpurilor magnetice de joasă frecvență și este posibil să se transmită informații fără utilizarea semnalelor dublă faze, unul dintre firele de pereche răsucite poate servi ca fir de semnal, iar al doilea ca un fir de semnal. ecran. În aceste cazuri, circuitele prezentate în Fig. 4.16, c, g, poate fi gândit ca cabluri coaxiale cu trei ecrane - un fir de împământare cu pereche răsucită, mantale interioare și exterioare ale cablurilor.

4.6. Utilizarea optocuplelor pentru a suprima interferențele

Dacă dispozitivele sistemului sunt separate de o distanță considerabilă, de exemplu, de 500 m, atunci este dificil să se bazeze pe faptul că terenurile lor au întotdeauna același potențial. După cum sa menționat, curenții de egalizare prin conductorii de pământ creează zgomot de impuls pe acești conductori datorită inductanței lor. Această interferență se aplică în cele din urmă intrărilor receptoarelor și le poate determina să funcționeze în mod fals.

Utilizarea liniilor de tip „pereche diferențială” (vezi § 4.4) suprimă doar interferența în modul comun și, prin urmare, nu produce întotdeauna rezultate pozitive. Pe fig. 4.17 prezintă diagrame ale optocuplelor între două dispozitive aflate la distanță unul de celălalt.

Orez. 4.17. Scheme de optocuple între dispozitive aflate la distanță unul de celălalt:
a - cu un receptor activ, b- cu transmițător activ

Circuitul cu un „receptor activ” (Fig. 4.17, a) conţine un optocupler VI de transmisie şi un optocupler de recepţie V2. Când semnalele de impuls sunt aplicate la intrarea X, LED-ul optocuplerului VI emite periodic lumină, ca urmare, tranzistorul de ieșire al acestui optocupler se saturează periodic și rezistența dintre punctele a și b scade de la câteva sute de kilo-ohmi la câteva zeci de ohmi. .

Când tranzistorul de ieșire al optocuplerului de transmisie este pornit, curentul de la polul pozitiv al sursei U2 trece prin LED-ul optocuplerului v2, linie (punctele a și b) și revine la polul negativ al acestei surse. Sursa U2 rulează izolată de sursa U3.

Dacă tranzistorul de ieșire al optocuplerului de transmisie este oprit, atunci nu curge nici un curent prin circuitul sursă U2. Semnalul X" la ieșirea optocuplerului V2 este aproape de zero dacă LED-ul său este aprins și aproape de +4 V dacă acest LED este stins. Astfel, la X==0, LED-urile optocuplelor de transmisie și recepție sunt aprinse. și, prin urmare, X"==0. Cu X==1, ambele LED-uri sunt stinse și X"==1.

Izolarea optocuplerului poate crește semnificativ imunitatea la zgomot a canalului de comunicație și poate asigura transmiterea informațiilor pe distanțe de ordinul a sute de metri. Diodele conectate la optocuplele de transmisie și recepție servesc pentru a le proteja de supratensiuni inverse. Circuitul de rezistență conectat la sursa U2 servește la setarea curentului în linie și la limitarea curentului prin LED-ul optocuplatorului receptor.

Curentul din linie conform interfeței IRPS poate fi selectat egal cu 20 sau 40 mA. La alegerea valorilor rezistenței, trebuie luată în considerare rezistența ohmică a liniei de comunicație. Schemă cu un „transmițător activ” (Fig. 4.17, b) diferă de precedentul prin faptul că sursa de alimentare a liniei U2 este situată pe partea laterală a transmițătorului. Acest lucru nu oferă niciun avantaj - ambele circuite sunt în esență aceleași și sunt așa-numitele „bucle de curent”.

Recomandările date în acest capitol pot părea prea dure pentru designerul de circuite începător. Lupta împotriva interferențelor i se pare o „luptă cu o moară de vânt”, iar lipsa de experiență în proiectarea dispozitivelor de complexitate crescută creează iluzia că este posibil să se creeze un dispozitiv funcțional fără a urma vreuna dintre recomandările de mai sus.

Într-adevăr, uneori acest lucru este posibil. Există chiar și cazuri de producție în serie a unor astfel de dispozitive. Cu toate acestea, în recenziile informale ale muncii lor, puteți auzi multe expresii non-tehnice interesante, cum ar fi efect de vizită si altele, mai simple si mai inteligibile.

filtru EMI (10+)

Filtru EMI de înaltă frecvență

Motivul apariției zgomotului de impuls de înaltă frecvență este obișnuit. Viteza luminii nu este infinită, iar câmpul electromagnetic se propagă cu viteza luminii. Când avem un dispozitiv care convertește cumva tensiunea rețelei prin comutare frecventă, ne așteptăm ca în firele de alimentare care merg la rețea să existe curenți ondulatori direcționați unul către celălalt. Pe un fir, curentul curge în dispozitiv, pe celălalt - curge afară. Dar nu este deloc așa. Datorită caracterului finit al vitezei de propagare a câmpului, impulsul de curent de intrare este deplasat în fază în raport cu cel de ieșire. Astfel, la o anumită frecvență, curenții de înaltă frecvență din firele rețelei curg co-direcțional, în fază.

Din păcate, erorile apar periodic în articole, acestea sunt corectate, articolele sunt completate, dezvoltate, se pregătesc altele noi. Abonează-te la știri pentru a fi la curent.

Dacă ceva nu este clar, asigurați-vă că întrebați!