نحوه جلوگیری و حل مشکل تداخل الکترومغناطیسی کانکتور

امروزه فرکانس کلاک سیستم های الکترونیکی چند صد مگاهرتز است، لبه های انتهایی و انتهایی پالس های مورد استفاده در محدوده زیر نانوثانیه قرار دارند و مدارهای ویدئویی با کیفیت بالا نیز برای نرخ پیکسل های زیر نانوثانیه استفاده می شوند. این سرعت های پردازش بالاتر نشان دهنده چالش های ثابت در مهندسی است. بنابراین نحوه جلوگیری و حل مشکل تداخل الکترومغناطیسی کانکتور قابل توجه است.

نرخ نوسان در مدار سریعتر می شود (زمان افزایش / سقوط)، دامنه ولتاژ / جریان بزرگتر می شود و مشکل بیشتر می شود. بنابراین، حل سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) امروزه دشوارتر از قبل است.

قبل از دو گره مدار، جریان پالسی که به سرعت در حال تغییر است، منبع نویز به اصطلاح حالت دیفرانسیل را نشان می دهد. میدان الکترومغناطیسی اطراف مدار می تواند به اجزای دیگر جفت شود و به قسمت اتصال حمله کند. نویز جفت شده القایی یا خازنی تداخل حالت رایج است. جریان های تداخل فرکانس رادیویی مشابه یکدیگر هستند و سیستم را می توان به صورت زیر مدل کرد: متشکل از یک منبع نویز، یک"مدار قربانی" یا"گیرنده"، و یک حلقه (معمولا یک backplane). چندین عامل برای توصیف اندازه تداخل استفاده می شود: شدت منبع نویز، اندازه ناحیه اطراف جریان تداخل و نرخ تغییر.

بنابراین، اگرچه احتمال تداخل نامطلوب در مدار وجود دارد، اما نویز تقریباً همیشه یک مدل است. هنگامی که یک کابل بین کانکتور ورودی/خروجی (I/O) و صفحه شاسی یا زمین وصل می شود، هنگامی که مقداری ولتاژ RF ظاهر می شود، چند میلی آمپر جریان RF می تواند برای فراتر از سطح انتشار مجاز کافی باشد.

کوپلینگ و انتشار نویز

نویز حالت معمول به دلیل طراحی غیر منطقی ایجاد می شود. برخی از دلایل معمولی این است که طول سیم‌های مجزا در جفت‌های مختلف متفاوت است، یا فاصله تا صفحه قدرت یا شاسی متفاوت است. دلیل دیگر نقص قطعات، مانند سیم پیچ ها و ترانسفورماتورهای القایی مغناطیسی، خازن ها و دستگاه های فعال (مانند استفاده از مدارهای مجتمع ویژه (ASIC)) است.

اجزای مغناطیسی، به ویژه به اصطلاح"چوک هسته آهنی" از نوع سلف های ذخیره انرژی، در مبدل های قدرت استفاده می شود و همیشه میدان های الکترومغناطیسی تولید می کند. شکاف هوا در مدار مغناطیسی معادل یک مقاومت بزرگ در مدار سری است که در آن توان بیشتری مصرف می شود. در نتیجه، سیم پیچ چوک هسته آهنی روی میله فریت پیچیده می شود تا یک میدان الکترومغناطیسی قوی در اطراف میله ایجاد کند و قوی ترین قدرت میدان در نزدیکی الکترود است. در یک منبع تغذیه سوئیچینگ با استفاده از ساختار عقب‌نشینی، باید یک شکاف روی ترانسفورماتور با یک میدان مغناطیسی قوی در بین آن وجود داشته باشد. مناسب ترین عنصر برای حفظ میدان مغناطیسی، لوله مارپیچی است، به طوری که میدان الکترومغناطیسی در طول هسته لوله توزیع می شود. این یکی از دلایلی است که ساختار مارپیچی برای عناصر مغناطیسی که در فرکانس های بالا کار می کنند ترجیح داده می شود.

مدارهای جداسازی نامناسب نیز اغلب به منابع تداخل تبدیل می شوند. اگر مدار نیاز به جریان پالس زیادی داشته باشد و نیاز به ظرفیت خازنی کوچک یا مقاومت داخلی بسیار بالا در حین جداسازی جزئی تضمین نشود، ولتاژ تولید شده توسط مدار قدرت کاهش می یابد. این معادل ریپل یا معادل تغییرات سریع ولتاژ بین پایانه ها است. با توجه به ظرفیت سرگردان پکیج، تداخل می تواند به مدارهای دیگر متصل شود و باعث مشکلات حالت رایج شود.

هنگامی که جریان حالت مشترک مدار رابط ورودی/خروجی را آلوده می کند، قبل از عبور از کانکتور باید مشکل برطرف شود. اپلیکیشن های مختلفی برای استفاده از روش های مختلف برای حل این مشکل پیشنهاد می شود. در مدار ویدئویی، سیگنال های ورودی/خروجی در آنجا تک سر هستند و حلقه مشترک یکسانی دارند. برای حل آن، از یک فیلتر LC کوچک برای فیلتر کردن نویز استفاده کنید. در یک شبکه واسط سری فرکانس پایین، مقداری خازن سرگردان برای انتقال نویز به برد پایین کافی است. اینترفیس‌های دیفرانسیل، مانند اترنت، معمولاً از طریق یک ترانسفورماتور به ناحیه ورودی/خروجی کوپل می‌شوند و کوپلینگ توسط شیرهای مرکزی در یک یا هر دو طرف ترانسفورماتور تأمین می‌شود. این شیرهای مرکزی از طریق یک خازن ولتاژ بالا به صفحه پایین متصل می شوند تا نویز حالت معمول را به صفحه پایین منتقل کنند تا سیگنال مخدوش نشود.

نویز حالت رایج در ناحیه ورودی/خروجی

هیچ راه حل جهانی برای حل انواع مشکلات رابط ورودی/خروجی وجود ندارد. هدف اصلی طراحان این است که مدار را به خوبی طراحی کنند و اغلب از برخی جزئیات که ساده تلقی می شوند چشم پوشی می کنند. برخی از قوانین اساسی می توانند نویز را قبل از رسیدن به کانکتور به حداقل برسانند:

1) خازن جداساز را نزدیک بار تنظیم کنید.

2) اندازه حلقه جریان پالس با تغییر سریع لبه های جلو و عقب باید کوچکترین باشد.

3) دستگاه های با جریان بالا (یعنی درایورها و ASIC ها) را از پورت های I/O دور نگه دارید.

4) یکپارچگی سیگنال را اندازه گیری کنید تا از حداقل بیش از حد و کمتر شدن آن اطمینان حاصل کنید، به ویژه برای سیگنال های بحرانی با جریان های زیاد (مانند ساعت ها و اتوبوس ها).

5) از فیلتر محلی مانند فریت RF برای جذب تداخل RF استفاده کنید.

6) یک اتصال لبه با امپدانس کم به قرنیز یا یک مرجع در ناحیه ورودی/خروجی روی تخته پایه ارائه کنید. نویز RF و کانکتورها

حتی اگر مهندسان بسیاری از اقدامات احتیاطی ذکر شده در بالا را برای کاهش نویز RF در ناحیه I/O انجام دهند، هیچ تضمینی وجود ندارد که این اقدامات احتیاطی به اندازه کافی برای برآوردن الزامات انتشار موفقیت آمیز باشد. برخی از نویزها تداخل انجام می شود، یعنی جریان حالت معمول بر روی برد مدار داخلی جریان می یابد. منبع این تداخل بین صفحه پشتی و مدار است. بنابراین، این جریان RF باید از مسیری با کمترین امپدانس (بین صفحه پایین و خط حامل سیگنال) عبور کند. اگر کانکتور امپدانس به اندازه کافی کم را نشان ندهد (در همپوشانی با صفحه پایه)، جریان RF از داخل خازن سرگردان عبور می کند. هنگامی که این جریان RF از طریق کابل عبور می کند، انتشار ناگزیر رخ می دهد.

مکانیزم دیگر برای تزریق جریان معمولی به ناحیه ورودی/خروجی، جفت شدن منابع تداخل قوی در نزدیکی آن است. حتی برخی"حفاظت" کانکتورها بی فایده هستند، زیرا منبع تداخل در نزدیکی کانکتور است، مانند محیط رایانه شخصی. اگر شکافی بین کانکتور و صفحه پشتی وجود داشته باشد، ولتاژ RF القا شده در اینجا می تواند عملکرد EMC را کاهش دهد.

روش هایی برای محافظت از کانکتورها، افزودن نی انگشت یا واشر وجود دارد. همپوشانی کانکتور برای پر کردن شکاف بین کانکتور و پوشش است. این روش نیاز به آستر دارد. واشرهای فلزی تا زمانی که به درستی کار شوند بهتر هستند، یعنی تا زمانی که سطح آن آلوده نباشد، تا زمانی که دست ها به واشر تماس نگیرند یا به آن آسیب نرسانند، و تا زمانی که فشار کافی برای حفظ خوب و پایین وجود داشته باشد. تماس امپدانس

روش دیگر نصب کانکتور روی کانکتور یا نصب کانکتور روی محفظه است. در این زمان حداکثر سطح تماس کمی کوچکتر است و اندازه و کشش زبانه ها باید به شدت کنترل شود. هنگام نصب کانکتور شیلددار، یک دهانه روی بدنه ایجاد کنید و روغن کنار دهانه را بردارید. با دقت درستش کن اگر تلورانس مناسب نباشد، کانکتور بیش از حد در بدنه فرو می‌رود و همپوشانی قطع می‌شود. هر مهندس EMC می داند که در"عالی" سیستم، این موضوع باید الزامات راه اندازی را برآورده کند و به موقع در خط تولید بررسی شود. واشرهای بسته نشده یا خم شده، نصب شده روی روغن در مناطق بحرانی، از بین می روند.

کانکتور EMI به دلایل زیر انتخاب شده است:

1) پلاستیک فوم رسانا بسیار نرم است و می توان آن را در کل محیط کانکتور قرار داد. این امر مشکلات مربوط به پوشش و واشر دیگر را از بین می برد.

2) مهندس مکانیک می تواند کانکتور را در محدوده تحمل قابل قبول شاسی سیستم نصب کند.

3) کانکتور و شاسی با امپدانس کم وصل شده اند تا از تماس خوب اطمینان حاصل شود. آستر در سمت داخلی دیوار کابینت می تواند از مواد نرم تری ساخته شود که نیاز به رنگ آمیزی داشته باشد و نیاز به پوشش دارد.

4) برای طرح هایی که نیاز به خنک کننده اجباری دارند، واشر ترجیحاً باید ویژگی دیگری داشته باشد: درز بین رابط و دیواره پوشش باید آب بندی شود تا نشت هوا کاهش یابد. در یک محیط گرد و غبار، واشر باید به تمیز نگه داشتن سیستم کمک کند.