3.4 Компоновка приборов и аппаратов с учетом электромагнитной совмес­тимости составных частей и изделия

Электромагнитная совместимость деталей и узлов приборов

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) понимают способность технических средств правильно функционировать в условиях воздействия электромагнитных помех.

Жёсткость электромагнитной обстановки (ЭМО) — это обобщённая характеристика электромагнитного оборудования и обстановки вокруг него, которая зависит от интенсивности помех, действующих в месте размещения технических средств.

Жёсткость ЭМО определяется условием размещения, установки и монтажа технических средств и подразделяются на 4 группы:

1) лёгкая ЭМО;

2) ЭМО средней жёсткости;

3) жёсткая ЭМО;

4) крайне жёсткая ЭМО.

Критерии качества функционирования оборудования определяется совокупностью свойств и параметров, характеризующих работоспособность технических средств при воздействии помех. Разделяют 4 группы критерия качества функционирования оборудования:

А) помеха не вызывает никаких сбоев в работе оборудования;

Б) сбой в работе оборудования возникает только во время воздействия помехи, а после её снятия оборудование работает нормально;

В) нарушение функционирования оборудования остаётся и после снятия помехи, а для её устранения требуется вмешательство оператора;

Г) восстановление работы оборудования возможно после ремонта.

3.5. Электрические соединения в конструкциях приборов и аппаратов и влияние их конструктивно-технологической реализации на электриче­ские характеристики изделий

Виды электрических соединений

Линии передач (ЛП). Под электрическими соединениями понимают линии передачи (ЛП) и электрические контакты, служащие для передачи сигналов и электрической энергии между МС, радиодеталями и модулями, образующими РЭА. Электрические соединения бывают внутри- и межмодульными, внутри- и межблочными и т. п., что обусловливает их конструктивное исполне­ние.

По выполняемым функциям различают сигнальные ЛП, объединяющие входы и выходы элементов и модулей и предназначенные для передачи сигналов, и ЛП электропитания, осуществляющие подвод электрической энергии к элементам. Все ЛП имеют прямой и обратный провод. Обратный провод называют землей, линией нулевого потенциала, общим проводом. Выделяют неэкранированные и экранированные ЛП. Экраны обеспечивают защиту линий от воздействия элек­трических, магнитных и электромагнитных полей. В зависимости от конструктивных особенностей обратного провода Л1 подразделяют на симметричные, состоящие из двух одинаковых изолированных проводов, несимметричные с одним общим проводом для многих ЛП, и коаксиальные, с обратным проводом по оплетке коаксиального кабеля.

В общем случае, линии передачи должны обладать:

• минимальным активным и индуктивным сопротивлениями;

• однородным по длине линии волновым сопротивлением;

• минимальным полем вокруг линии при протекании по ней тока;

• способностью передачи сигналов в широком диапазоне частот, токов и напряжений;

• минимальной толщиной изоляции с диэлектрической проницаемостью, близкой к 1;

• способностью к объединению в узлы;

• способностью к автоматизации при проведении монтажных работ.

Универсальных ЛП, удовлетворяющих всем требованиям одновременно, не существует. В

реальных конструкциях применяют разнообразные типы ЛП в зависимости от назначения и функ­циональных особенностей аппаратуры. На выбор типа ЛП влияют форма передаваемых сигналов, их напряжение и частота, ослабление сигнала на единицу длины линии, механическая гибкость, технологические требования и другие факторы.

Радиоэлектронные устройства содержат разнообразные по выполняемым функциям эле­менты и модули, отличающиеся характером обрабатываемых сигналов, их мощностью, частотой и пр. При передаче электрических сигналов по ЛП происходит искажение формы и спектра сигнале», их затухание. Искажение сигнала определяется степенью рассогласования параметров электронных схем с параметрами ЛП, взаимным влиянием расположенных по соседству ЛП, задержкой сигна­лов в ЛП. Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения электрических соедине­ний - важная и сложная задача, влияющая на качество проектируемой РЭА.

Все сигнальные линии связи разделяют на электрически длинные и электрически короткие, характер искажения сигналов в которых различен.

Электрически короткие ЛП. При анализе электрических процессов короткую ЛП моделируют эквивалентной схемой, со­стоящей из емкости и индуктивности ЛП, сосредоточенными в одной точке. Активным сопротивлением линии пренебрегают.

Перекрестные помехи обусловлены электрическим, магнитным и электромагнитным

взаимодействием расположенных по соседству ЛП. Микроминиатюризация и увеличение плотности упаковки проводников ставят перед конструктором важную задачу уменьшения помех до уровней, не влияющих на точную и надежную работу аппаратуры. Уровень помех зависит от взаимной ин­дуктивности проводников и межпроводниковой емкости, создавая соответственно индуктивную и емкостную составляющие взаимных помех. Емкостная составляющая возрастает с ростом скорости изменения напряжения на входе ЛП и величин сопротивлений на концах линии, индуктивная по­меха - с ростом скорости изменения тока в линии и увеличением числа нагрузок на выходе активной линии.

Снизить значение паразитной емкости между ЛП можно уменьшением длины совместного

параллельного расположения проводов на минимально возможном расстоянии друг от друга, увеличением зазора между ними, укладыванием проводов, передающих различные по уровням сигналы, в отдельные жгуты, приближением ЛП к земле, введением экранированных проводов, исполь­зованием коаксиальных кабелей. Например, заземление оплетки коаксиального кабеля позволит целиком избавился от емкостной помехи. Ослабить взаимную индуктивность можно за счет разнесения ЛП возможно дальше друг от друга, уменьшением площадей контуров, образуемых проводами, по которым протекают прямые и обратные токи ЛП, использованием экранированных проводов, свитых пар, коаксиальных кабелей.

Электрически длинные линии передачи. Хотя параметры линии являются распределенными вдоль ее длины, на эквивалентной электрической схеме ЛП их аппроксимируют сосредоточенными на малых фрагментах линии.

Важнейшей характеристикой электрически длинной ЛП является ее волновое сопротивление Z₀. Волновое сопротивление - это сопротивление ли­нии электромагнитной волне при отсутствии отра­жений от концов линии. Оно зависит от первичных электрических параметров кабеля и частоты сигнала.

Отражение сигналов в длинных линиях. При передаче сигналов по длинным линиям важно согласовать сопротивление нагрузки с волновым сопротивлением линии. В несогласованной линии одновременно присутствует прямая (подающая) волна, распространяющаяся от начала линии к ее концу, и отраженная от нагрузки обратная волна, передающаяся от конца линии к ее началу.

Согласование электрически длинных ЛП. Уменьшения или полного исключения отражений в длинных линиях можно добиться их согласованием.

При конструировании цифровой аппаратуры входы триггеров, одновибраторов, регистров не рекомендуется подключать непосредственно к длинным линиям. Отсутствие буферных каскадов из-за значительной - емкостной нагрузки и наличия отражений приведет к неустойчивой рабо­те аппаратуры.

В зависимости от специфики разрабатываемой аппаратуры в качестве длинных линий используют микрополосковые и полосковые печатные проводники, свитую пару, плоский кабель, коаксиальный кабель. При высоком уровне внешних для ЛП электромагнитных по­мех рекомендуется применение коаксиальных кабелей и свитых пар с формированием разнополярных сигналов на обоих проводах пары.

Для устранения перекрестных помех линии передачи экранируют. Применение ЛП с экранирующей металлической оболочкой является эффективным способом ее зашиты от воздействий электрического и электромагнитного полей. Экраны необходимо заземлять ко­роткими проводами минимального индуктивного сопротивления либо путем непосредственного контакта с корпусом прибора.