Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Łódzkiej Podstawy kompatybilności elektromagnetycznej dr inż. Piotr Pietrzak pietrzak@dmcs.pl pok. 54, tel. 631 26 20 www.dmcs.p.lodz.pl opracowano na podstawie: Alain Charoy Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych
Istotnym zagadnieniem wpływającym na redukcję zakłóceń jest sposób podłączenia poszczególnych obwodów, w tym obwodów zasilających do masy elektrycznej. Masa w układach elektronicznych jest wrażliwa na przepływające przez nią prądy pasożytnicze, jak i zmianę różnicy potencjałów w czasie (du/dt) względem środowiska, w którym się znajduje (najbliżej masy mechanicznej).
Obwody zasilania napięciem przemiennym W celu odseparowania od zakłóceń zewnętrznych, do zasilania napięciem przemiennym urządzeń wykorzystuje się transformatory separacyjne. Dla transformatora separacyjnego zaleca się połączenie jednego z jego wyprowadzeń po stronie wtórnej do masy (jeden z przewodów fazowych w układach jednofazowych lub przewód neutralny w układach trójfazowych). Pozostawianie przewodu neutralnego układu zasilającego bez podłączenia jest nieprawidłowe.
Transformator separacyjny powinien być zainstalowany jak najbliżej odbiorników. Przewód neutralny powinien być przyłączony do masy/uziemienia tylko w jednym punkcie. W celu zmniejszenia wspólnej impedancji obwodu, przewody zasilające powinny być łączone promieniowo, począwszy od tablicy rozdzielczej niskiego napięcia. Przewody ochronne PE powinny tworzyć sieć zamkniętą wspólnie z masami mechanicznymi.
Obwody zasilania napięciem stałym Główną zasadą obowiązującą dla obwodów zasilanych prądem stałym jest łączenie głównych obwodów zasilania z masą obudowy, znajdującą się jak najbliżej wyjścia zasilacza. Należy zapewnić jak najkrótsze połączenia z masą elektryczną potencjałów odniesienia obwodów cyfrowych, obwodów analogowych oraz pozostałych obwodów zasilania. Powyższa zasada ma na celu: zapewnienie poszczególnym obwodom elektronicznym takiego samego potencjału, jak potencjał obudowy (w celu usunięcia sprzężenia pojemnościowego z obudową) w przypadku zastosowania separacji galwanicznej w obwodach zasilania, odprowadzenie prądów resztkowych wielkiej częstotliwości (kluczowanie) przenikających przez pojemność transformatora przetwornicy DC/DC do masy mechanicznej, przy czym wydzielone, odseparowane części układu elektronicznego (interfejsy, obwody wejściowe/wyjściowe) nie powinny być przyłączone do masy obudowy.
Karty cyfrowe Każda karta cyfrowa powinna mieć własną sieć masy, najlepiej wykonaną w postaci siatki o małych rozmiarach oczek. Sieć masy obwodów cyfrowych powinna być połączona z masą obudowy w możliwie największej liczbie punktów. Wszystkie przewodzące elementy obudowy, łącznie z płytami czołowymi powinny mieć bezpośredni kontakt, tworząc wspólną masę obudowy urządzenia. Połączenie masy karty cyfrowej z obudową powinno być jak najkrótsze (maksymalnie kilka centymetrów, mierząc od zewnętrznej strony obudowy). Do tego celu często wykorzystywane są śruby mocujące płytkę drukowaną do obudowy.
Połączenie masy pomiędzy płytą główną systemu a jego pozostałymi elementami (np. kartami) powinno zapewnić jak najlepszą ekwipotencjalność dla potencjału odniesienia. Połączeń mas powinno być możliwie jak najwięcej, przy czym powinny one być rozmieszczone równomiernie. Zwraca uwagę fakt, że wiele standardów (VME, VXI) nie spełnia tego wymagania. Długość połączenia głównych kondensatorów przeciwzakłóceniowych na wejściu i wyjściu każdego obwodu zasilania nie powinna przekraczać 5 cm. Jeśli to możliwe napięcie zasilania obwodów cyfrowych oraz potencjał odniesienia powinny być doprowadzone do powierzchni wewnętrznych płytki obwodu drukowanego (plane). Dla układów pracujących przy wielkiej częstotliwości należy stosować kondensatory przeciwzakłóceniowe o małej pojemności, rozmieszczone równomiernie na całej powierzchni płytki obwodu drukowanego. Ich rolę mogą pełnić kondensatory filtrujące włączane na wejściu zasilania każdego układu scalonego.
Karty mieszane analogowo-cyfrowe W urządzeniach zawierających obwody analogowe i cyfrowe należy dążyć do oddzielenia części analogowej od cyfrowej układy analogowe o niższych poziomach są bardziej narażone na zakłócenia. Jeżeli nie ma możliwości zastosowania odrębnych zasilaczy, zasilanie dla części analogowej urządzenia powinno być podłączone poprzez filtry za częścią cyfrową. Miejsce rozdzielenia obwodów powinno znajdować się w strefie wspólnej dla części analogowej i cyfrowej (np. w obrębie przetworników AC lub CA). Takie rozwiązanie zapobiega przepływowi prądów cyfrowych przez obwody zasilania wrażliwej części analogowej. Obowiązuje zasada: obwody czyste" należy zasilać poprzez brudne. Nie należy prowadzić żadnego elementu obwodu sygnału cyfrowego w części analogowej ze względu na ryzyko sprzężenia przez zamknięty obwód elektryczny może popłynąć prąd wywołany indukcją magnetyczną.
Potencjału odniesienia obwodów analogowych nie należy podłączać w wielu punktach do obudowy, w szczególności gdy przetwarzane sygnały mają małą amplitudę lub w pobliżu występuje źródło silnego pola magnetycznego (np. uzwojenie transformatora). Jeżeli w obrębie części analogowej występuje połączenie masy z obudową, nie może ono być jedynym połączeniem tego typu należy przede wszystkim zapewnić połączenie w części zasilającej. Poziom napięcia pochodzącego od zaburzeń magnetycznych jest najczęściej rzędu miliwoltów. Napięcia o tej wartości są nieszkodliwe dla układów cyfrowych, mogą jednak wpływać negatywnie na pracę układów analogowych. Sygnały analogowe pochodzące z różnych źródeł, doprowadzone lub wyprowadzone z przetwornika analogowo-cyfrowego lub cyfrowoanalogowego należy oddzielić od masy tego przetwornika.