Поиск

Наиболее частые причины, по которым электроника не проходит испытания на ЭМС

Исходя из опыта испытаний, можно указать основные причины, по которым продукция не проходит испытания на ЭМС:


  • Недостаточная проработка компоновки печатной платы и наложения слоев

  • Плохая логика программирования микропроцессорных устройств

  • Плохая заделка кабелей или отсутствие синфазной фильтрации

  • Длинные или разветвленные пути обратных токов

  • Плохое распределение и организация источников питания

  • Плохая конструкция корпусов


Печатная плата

Существует большое количество литературы про разработку плат с учетом ЭМС, однако, многие разработчики игнорируют по причине ускорения разработки или отсутствия высококвалифицированных кадров. Основные моменты, которые должен понимать разработчик:

1) Токи всегда замкнуты и протекают именно по замкнутым контурам (петлям).

2) Высокочастотные сигналы в линиях передач распространяются в виде электромагнитных волн.

Эти два явления тесно связаны и связаны друг с другом. Проблема, которую разработчики схем часто упускают - это определение пути возврата высокочастотного сигнала обратно к источнику. Сигналы, уже выше 100 кГц, могут игнорировать Ваши правила разводки платы и следовать по пути наименьшего для себя сопротивления самостоятельно.


Обратный путь (зеленый) тока 1кГц и 1МГц
Обратный путь (зеленый) тока 1кГц и 1МГц

Чтобы уменьшить электромагнитные помехи, нужно минимизировать площадь токовых петель. которые в дальнейшем будут служить «антенно-подобными» структурами для помех.


Программирование

Один из основных принципов программирования, как и, например, в теории информации, дискретной математике, кодировании, это принцип безызбыточности, компактности и однозначности логической цепочки, которая приводит к тем или иным результатам. Многие программисты и разработчики забывают его. К тому же "софтовые" ошибки с точки зрения ЭМС обычно очень тяжело найти, определить и исправить. Мы не будем давать советы про программированию устройств, просто перечислим некоторые частые случаи из практики испытаний, которые приводили к плохим результатам:


  • использование протокола интерфейса HDMI последней версии под контролем микропроцессора для подключения к устройствам, поддерживающим более старые версии HDMI.

  • избыточная фильтрация, буферизация и обработка звука, вызывающая усиленное потребление питания.

  • недостаточно устойчивое управление без защитных мер, пере-опросов и обратных связей различными конверторами, драйверами и преобразователями интерфейсов и необоснованное их применение, например, USB-RS, optic-LAN, BLuetooth и др.

  • недостаточный анализ работы внутренних часов и тактовых частот.


Провода.

Провода - это конечные элементы путей проникновения или излучения помех для Вашего устройства. Это не источник проблемы, но элемент, способный ее уменьшить или увеличить. Проблема номер один - это прохождение кабеля через экранированный корпус без какой-либо обработки, без должной качественной заделки экранов, без специальных креплений и вводов, без фильтрации, развязки или каких-либо других мер - напрямую. Большинство разъемов крепятся непосредственно к печатной плате и выводятся через отверстие в экране, зачастую, даже не контактируя с ним. Подключение кабеля в таких случаях обычно приводит к проблемам с помехами.


Проблема из-за подключение интерфейсного кабеля
Проблема из-за подключение интерфейсного кабеля

Концевая заделка экрана кабеля - очень частая проблема, которая заключается в том, что кабель ввода-вывода делают на «косичке» для соединения с корпусом разъема. В идеале экраны кабелей должны иметь контакт и обжиматься на 360 градусов для обеспечения наименьшего импеданса. Это особенно актуально для для кабелей HDMI, поскольку рабочая группа HDMI (http://www.hdmi.org) не смогла указать метод подключения экрана кабеля к разъему. К счастью, они знают об этой проблеме, что позволит решить проблему в следующей версии стандарта.


Силовые линии обычно неэкранированы и сигналы по ним требуют фильтрации. Если корпуса неэкранированые, например, пластиковые или деревянные, то экранированными могут быть отдельные элементы внутри прибора или на плате. Здесь, наоборот, требуется удалить любую связь с заземлением, если оно не используется (например, устройство питается через зарядку или адаптер), свести помехи к дифференциальным, которые затем не составит труда отфильтровать или ослабить.


Обратные токи.

Обратные пути распространения, особенно ВЧ/СВЧ токов очень часто вводят в заблуждение разработчиков, которые думают, что знают как работает их устройство и как в нем протекают сигналы. На испытаниях их зачастую ждет большое разочарование, непринятие проблемы растерянность, желание решить все "по-быстрому". Чтобы избежать таких ситуаций, стоит изучить более подробно свой продукт именно с точки зрения обратных токов полезных и помеховых сигналов.


Частая ситуация: 2 модуля соединены неэкранированным сигнальным кабелем, имеют экранированные корпуса и заземлены. Разработчик не задавался вопросом, но на испытаниях был уверен, что его контрольный сигнал передавался по жиле неэкранированного кабеля типа витая пара, а обратный ток шел в этом же кабеле по другой жиле. Так как они имеют малый шаг скрутки - внешние помехи ему не страшны. Результат испытаний: выход из строя при воздействии ВЧ кондуктивных помех и радиочастотных электромагнитных полей. После выяснилось, что обратный ток сигналов шел не по витой паре, а по DIN-рейке через экраны корпусов и никак не компенсировал прямой.


Другая ситуация: Шкаф автоматики с управляющим ПК. ПК соединен с автоматикой внутри шкафа экранированной витой парой. ПК заземляется через сеть, корпус шкафа отдельно. Разработчик уверен, что обратных токов помех не будет, так как он заземлил шкаф "косичкой". Результат: сбои автоматики и выход из строя управляющего ПК при воздействии микросекундных помех большой энергии. Причина: при подаче импульсов на сигнальные линии шкафа, часть тока не уходила в сопротивление "косички", а возвращалась в испытательный генератор по экрану витой пары, через ПК и его заземляющий контакт сети, наводя попутно помехи на автоматику и пробивая обмотку трансформатора в блоке питания ПК.


Еще ситуация: разработчик использует многокаскадный фильтр помех по питанию постоянного тока, однако, использует схему "с общим минусом", потому что "так все делают и проходят". Результат: многократные превышения норм эмиссии радиопомех, возврат на длительную доработку. Причиной был перенос широкого спектра помех, обратным током, он же "минус" по экранам кабелей и корпусам модулей системы, что позволяло помехам беспрепятственно излучаться в пространство с поверхностей корпусов и экранов.


Таких ситуаций не счесть в арсенале практически любого испытателя. Огромное влияние оказывают препятствия и разрывы на пути обратных токов. Когда обратный путь прерывается, ток проводимости создает падение напряжения вокруг щели или иным образом находит ближайший (с наименьшим импедансом) путь обратно к источнику. Электромагнитное поле вытесняется, и поле «просачивается» во вне.

Преграда в виде прорези на пути обратного тока
Преграда в виде прорези на пути обратного тока

На рисунке демонстрационная плата с 50-омными линиями передачи. Одна линия имеет разрыв в плоскости возврата. Генератор импульсов длительностью 2 нс по очереди подключается к одному из двух разъемов BNC, и токи гармоник в проводе, прикрепленном к плоскости возврата, измеряются датчиком тока. Разница между трассами показана следующем рисунке и составляет до 30 дБ.


Эмиссия радиопомех: результат разрыва обратного тока
Эмиссия радиопомех: результат разрыва обратного тока

Электропитание.

Линии электропитания и распределения энергии должны быть с низким сопротивлением (обычно от 0,1 до 1,0 Ом) в полосе до не менее 30 МГц. Не следует оставлять источник в одном конце системы (прибора, платы) и транслировать питание через всю систему.


Переключения каскадов цифровых микросхем вызывают импульсы тока в шинах питания, что в свою очередь, приводит к падению напряжения, вызывая коммутационный шум на шине. такие эффекты минимизируют конденсаторами, достаточными для накопления необходимого количества энергии, чтобы напряжение питания не снижалось. Также они хорошо развязывают внешние шумы и шумы самой микросхемы. Однако, к сожалению, емкости снижают возможные скорости переключений и сигналов.


Для разделительных конденсаторов критически важно иметь как можно меньшую последовательную собственную индуктивность.


Просмотров: 85Комментариев: 0
ЭМСТЕСТЛАБ логотип

Полное или частичное копирование материалов запрещено. При согласованном использовании материалов сайта необходима ссылка на ресурс.

© 2021 Emctestlab llc, Москва - оснащение испытательных лабораторий и работы по ЭМС

  • Instagram -Emctestlab
  • Twitter - ЭМСТЕСТЛАБ
  • Facebook Icon - Emctestlab profile
  • Tlegram канал ЭМСТЕСТЛАБ
  • YouTube - Emctestlab LLC
  • Vkontakte - ЭМС группа
  • Google+ - Лаборатория ЭМС инноваций
  • RSS - черный круг

Вся представленная на сайте информация, касающаяся технических характеристик, наличия на складе, стоимости товаров, носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.