Защита радиочастотные конструкций от электромагнитных помех
Для подавления радиочастотных электромагнитных помех потребуются несколько решений, которые разработчики могут внедрить в конструкцию своей платы или произвести экранирование с помощью блокирующих материалов. Правильный способ борьбы с помехами — электромагнитное экранирование, которое поможет свести к минимуму или даже заблокировать электромагнитные помехи (EMI). Однако лучшим методом остается, творческая составляющая разработки схемотехники RF, которая не подвержена действию помех.
В этой статье представлены методы эффективного использования экранирования и фильтрации электромагнитных помех, что обеспечивает не только правильную работу электронного прибора, но и сокращает время выхода на рынок.
Откуда берутся типичные радиочастотные электромагнитные помехи?
Межсоединения могут быть основным носителем радиочастотных электромагнитных помех. Основным нарушителем «РЧ» будет любой сигнал, который попадает в один из выделенных радиодиапазонов, как это определено правительствами по всему миру. Проводники, несущие РЧ-сигнал на высоких частотах, будут генерировать гармонические электрические и магнитные поля, которые могут привести к тому, что соседнее межсоединение будет принимать наведенный сигнал.
Гармоники переключения, генерируемые при переключении или через силовые преобразователи, также будут генерировать сильные излучаемые и кондуктивные электромагнитные помехи, которые появляются на выходах импульсного преобразователя мощности.
Кроме того, радиочастотные электромагнитные помехи могут возникать при переключении гармоник или даже при переключении состояний цифровых сигналов. Этот тип шума может проявляться как емкостной или индуктивный импульс на соседних межсоединениях и кабелях, а не как случайный шум.
Наконец, радиочастотные электромагнитные помехи от внешних источников могут возникать из-за электростатического разряда (ЭСР), который может проводить широкополосный импульс в конструкцию вашей системы или даже вводиться в виде кондуктивных электромагнитных помех через вход питания.
Электромагнитное экранирование
Электромагнитное экранирование уменьшит проникновение электромагнитного поля в радиочастотную конструкцию, блокируя поле различными барьерами, изготовленными из проводящих или магнитных материалов. Экранирование обычно применяется к корпусам, чтобы изолировать электрические/электронные устройства от шумного окружения.
Кроме того, к кабелям применяется экранирование, чтобы изолировать провода от окружающей среды, через которую проходит кабель. Электромагнитное экранирование, которое блокирует радиочастотное электромагнитное излучение, известно как радиочастотное экранирование. Экранирование также может уменьшить воздействие радиоволн, электромагнитных полей и электростатических полей на схему RF.
Токопроводящая оболочка, используемая для блокировки электростатических полей, называется клеткой Фарадея. Величина снижения электромагнитных помех в значительной степени зависит от используемого материала, его толщины, размера экранируемого объема и частоты интересующих полей. Другие факторы включают размер, форму и ориентацию любых отверстий в экране по отношению к падающему электромагнитному полю.
Электростатическое экранирование
Восприимчивость/чувствительность к статическому электричеству (известному как электростатический разряд или ESD) в высокоскоростных электронных схемах с высокой плотностью мощности намного выше по сравнению с его низкоскоростными схемами с низкой плотностью мощности.
Статическое электричество, которое является внешним по отношению к вашей схеме, может вызвать катастрофические сбои в работе. Чтобы предотвратить повреждение вашей конструкции любым внешним электрическим полем высокого потенциала, необходимо использование электростатического экранирования, который создаст барьер для эффективной изоляции вашей схемы.
Электростатические экраны могут включать небольшие отверстия, которые допускаются в электростатических экранах, поскольку электрическое поле внутри полости относительно мало для таких отверстий. Этот тип экрана также снижает затраты на вентиляцию. Такие отверстия иногда также используются для прокладки кабелей или проводов, а также в качестве точек доступа к внутренним схемам.
Фильтрация электромагнитных помех для радиочастотных конструкций
Пассивная фильтрация — это метод, который уменьшает кондуктивное излучение электронной схемы за счет использования катушек индуктивности и конденсаторов для создания несоответствия импеданса на пути прохождения тока электромагнитных помех. Активная фильтрация также может использоваться для измерения напряжения на входной шине и создания тока в противофазе, который напрямую компенсирует ток электромагнитных помех, генерируемый каскадом переключения.
На рисунке показана упрощенная схема пассивного и активного фильтра, где iN — источник тока, а ZN — импеданс эквивалентной схемы Нортона для дифференциального шума от регулятора постоянного тока.
На схемах показана стандартная конструкция пассивного фильтра (а) и схема активного фильтра (б).
Конструкция фильтра, показанная на рисунке, может использоваться в автомобильных приложениях. Активный фильтр использует измерение напряжения и инжекцию тока, что обеспечивает низкий уровень электромагнитных помех и приводит к уменьшению занимаемой площади и объема, а также к снижению стоимости решения. Интеграция схемы активного фильтра электромагнитных помех (AEF), в которой используется синхронный понижающий контроллер, помогает найти компромисс между низким уровнем электромагнитных помех и высокой плотностью мощности в приложениях с регуляторами постоянного тока.
Резюме
Радиочастотное экранирование — это практика блокировки радиочастотных электромагнитных сигналов, EMI, которые могут вызывать радиочастотные помехи (RFI). Радиочастотные помехи могут серьезно снизить производительность электронных схем или даже полностью сделать их функции бесполезными.
Радиочастотное экранирование — это средство защиты устройств и оборудования схемотехники от вредного воздействия, вызванного радиопомехами. Уменьшить воздействие помех возможно, установив барьеры вокруг потенциальных источников. Фильтрация РЧ-помех осуществляется в электронной системе с помощью схемы, которая пропускает только полезный сигнал и подавляет нежелательные сигналы РЧ-помех.
Источник: www.electronicdesign.com