Danas je frekvencija takta elektronskih sistema nekoliko stotina megaherca, prednja i zadnja ivica impulsa koji se koriste su u opsegu ispod nanosekunde, a visokokvalitetna video kola se takođe koriste za brzine sub-nanosekundnih piksela. Ove veće brzine obrade predstavljaju stalne izazove u inženjeringu. Dakle, kako spriječiti i riješiti problem elektromagnetnih smetnji konektora je vrijedno naše pažnje.
Brzina oscilovanja na kolu postaje brža (vrijeme porasta/pada), amplituda napona/struje postaje veća, a problem postaje sve veći. Stoga je danas teže riješiti elektromagnetnu kompatibilnost (EMC) nego prije.
Prije dva čvora kola, pulsna struja koja se brzo mijenja predstavlja tzv. izvor šuma u diferencijalnom modu. Elektromagnetno polje oko kola može se spojiti s drugim komponentama i prodrijeti u spojni dio. Induktivno ili kapacitivno spregnuta buka je smetnja uobičajenog moda. Radiofrekventne interferentne struje su iste jedna kao druga, a sistem se može modelirati kao: sastavljen od izvora buke,"kolo žrtve" ili"prijemnik", i petlja (obično stražnja ploča). Nekoliko faktora se koristi za opisivanje veličine smetnje: intenzitet izvora buke, veličina područja oko struje interferencije i brzina promjene.
Dakle, iako postoji mogućnost neželjenih smetnji u kolu, šum je gotovo uvijek komodel. Kada se kabl poveže između ulazno/izlaznog (I/O) konektora i šasije ili uzemljenja, kada se pojavi neki RF napon, nekoliko miliampera RF struje može biti dovoljno da premaši dozvoljeni nivo emisije.
Spajanje i širenje buke
Uobičajeni način buke uzrokovan je nerazumnim dizajnom. Neki tipični razlozi su da su dužine pojedinačnih žica u različitim parovima različite, ili da su udaljenosti do strujne ravni ili šasije različite. Drugi razlog su defekti komponenti, kao što su zavojnice magnetske indukcije i transformatori, kondenzatori i aktivni uređaji (kao što je primjena specijalnih integriranih kola (ASIC)).
Magnetne komponente, posebno tzv. induktori za skladištenje energije, koriste se u energetskim pretvaračima i uvijek stvaraju elektromagnetna polja. Zračni jaz u magnetnom kolu je ekvivalentan velikom otporu u serijskom kolu, gdje se troši više energije. Kao rezultat toga, prigušnica sa gvozdenim jezgrom je namotana na feritnu šipku kako bi se stvorilo jako elektromagnetno polje oko štapa, a najjača jačina polja je blizu elektrode. U prekidačkom napajanju koje koristi retrace strukturu, mora postojati razmak na transformatoru sa jakim magnetnim poljem između. Najpogodniji element u kojem se održava magnetno polje je spiralna cijev, tako da se elektromagnetno polje raspoređuje po dužini jezgra cijevi. Ovo je jedan od razloga zašto je spiralna struktura poželjna za magnetne elemente koji rade na visokim frekvencijama.
Neodgovarajuća kola za razdvajanje takođe često postaju izvori smetnji. Ako krug zahtijeva veliku impulsnu struju, a potreba za malim kapacitetom ili vrlo visokim unutrašnjim otporom ne može biti zagarantovana tokom djelomičnog razdvajanja, napon koji stvara strujni krug će pasti. Ovo je ekvivalentno mreškanju, ili ekvivalentno brzim promjenama napona između terminala. Zbog lutajućeg kapaciteta paketa, smetnje se mogu spojiti na druga kola, uzrokujući probleme u uobičajenom načinu rada.
Kada struja zajedničkog moda kontaminira kolo I/O sučelja, problem se mora riješiti prije prolaska kroz konektor. Predlaže se da različite aplikacije koriste različite metode za rješavanje ovog problema. U video kolu, I/O signali su jednostrani i dijele istu zajedničku petlju. Da biste to riješili, koristite mali LC filter za filtriranje buke. U niskofrekventnoj serijskoj mreži interfejsa, neki lutajući kapacitet je dovoljan da se šum prebaci na donju ploču. Diferencijalno vođeni interfejsi, kao što je Ethernet, obično su spojeni na I/O područje preko transformatora, a spajanje je obezbeđeno centralnim slavinama na jednoj ili obe strane transformatora. Ove centralne slavine su povezane sa donjom pločom preko visokonaponskog kondenzatora kako bi se šum zajedničkog moda prebacio na donju ploču tako da se signal ne izobliči.
Uobičajeni šum u I/O području
Ne postoji univerzalno rješenje za rješavanje svih vrsta problema I/O interfejsa. Glavni cilj dizajnera je dobro dizajnirati kolo, a često zanemaruju neke detalje koji se smatraju jednostavnima. Neka osnovna pravila mogu smanjiti buku prije nego što stigne do konektora:
1) Postavite kondenzator za razdvajanje blizu opterećenja.
2) Veličina petlje brzo promjenjive impulsne struje prednje i stražnje ivice trebala bi biti najmanja.
3) Držite uređaje visoke struje (tj. drajvere i ASIC-ove) podalje od I/O portova.
4) Izmjerite integritet signala kako biste osigurali minimalno prekoračenje i podniženje, posebno za kritične signale sa velikim strujama (kao što su satovi i magistrale).
5) Koristite lokalno filtriranje, kao što je RF ferit, da biste apsorbirali RF smetnje.
6) Obezbedite niskoimpedansnu preklopnu vezu sa osnovnom pločom ili referencu u I/O području na osnovnoj ploči. RF šum i konektori
Čak i ako inženjeri preduzmu mnoge od gore navedenih mjera opreza kako bi smanjili RF šum u I/O području, nema garancije da će ove mjere biti dovoljno uspješne da ispune zahtjeve za emisiju. Neki šum je dirigovana interferencija, odnosno struja zajedničkog moda teče na unutrašnjoj ploči. Izvor ove smetnje je između stražnje ploče i kola. Zbog toga ova RF struja mora teći kroz stazu sa najnižom impedancijom (između donje ploče i linije za prenos signala). Ako konektor ne pokazuje dovoljno nisku impedanciju (kod preklapanja sa osnovnom pločom), RF struja teče kroz lutajući kapacitet. Kada ova RF struja teče kroz kabl, emisija će se neizbežno pojaviti.
Drugi mehanizam za ubrizgavanje common-mode struje u I/O područje je spajanje jakih izvora smetnji u blizini. Čak i neki"zaštićeni" konektori su beskorisni, jer je izvor smetnji blizu konektora, kao što je PC okruženje. Ako postoji razmak između konektora i stražnje ploče, RF napon inducirani ovdje može smanjiti EMC performanse.
Postoje metode za zaštitu konektora, dodavanje prstiju ili brtvila. Preklapanje konektora je da popuni prazninu između konektora i kućišta. Ova metoda zahtijeva oblogu. Metalne zaptivke su bolje sve dok se njima pravilno rukuje, odnosno dok površina nije kontaminirana, dok ruke ne dodiruju i ne oštećuju brtvu i dok postoji dovoljan pritisak da se održava dobar, nizak -impedansni kontakt.
Druga metoda je ugradnja konektora na konektor ili ugradnja konektora na kućište. U ovom trenutku, maksimalna kontaktna površina je nešto manja, a veličinu i elastičnost jezičaka treba strogo kontrolirati. Prilikom postavljanja oklopljenog konektora, napravite otvor na kućištu i uklonite ulje sa strane otvora. Pažljivo ga napravite. Ako tolerancija nije odgovarajuća, konektor će potonuti preduboko u kućište i preklapanje će biti prekinuto. Svaki EMC inženjer zna da je u"odlično" sistema, ovo pitanje mora ispuniti zahtjeve za lansiranje i biti na vrijeme provjereno na proizvodnoj liniji. Neučvršćene ili savijene brtve, postavljene na ulje u kritičnim područjima, neće uspjeti.
EMI konektor je odabran iz sljedećih razloga:
1) Provodljiva pjenasta plastika je izuzetno mekana i može se postaviti na cijeli obim konektora. Ovo eliminiše probleme vezane za drugo kućište i brtvu.
2) Mašinski inženjer može ugraditi konektor unutar prihvatljivog raspona tolerancije šasije sistema.
3) Konektor i kućište su povezani niskom impedancijom kako bi se osigurao dobar kontakt. Obloga na unutrašnjoj strani zida ormarića može biti izrađena od mekših materijala kada je potrebno farbati i ima zahtjev za maskiranjem.
4) Za konstrukcije koje zahtijevaju prisilno hlađenje, zaptivka bi po mogućnosti trebala imati još jednu karakteristiku: šav između konektora i zida kućišta treba biti zapečaćen kako bi se smanjilo curenje zraka. U prašnjavom okruženju, brtva bi trebala pomoći održavanju sistema čistim.
