EMC Säteilevä häiriö

Transkriptio

1 EMC Säteilevä häiriö Kaksi päätyyppiä: Eromuotoinen johdinsilmukka (yleensä piirilevyllä) silmulla toimii antennina => säteilevä magneettikenttä Yhteismuotoinen ei-toivottuja jännitehäviöitä kytkennässä => osalla järjestelmää tai kytkentää eri yhteismuotoinen jännite => kaapelit toimivat antenneina => säteilevä sähkökenttä 1

2 Eromuotoinen häiriölähde: H.W. Ott - Noise Reduction Techniques in Electronic Systems Eromuotoisen häiriölähteen säteilemän kentän maksimivoimakkuus (kaukokentässä): E ( f A I) [V/m] r E - säteilevän sähkökentän voimakkuus [V/m] f - taajuus [Hz] A - silmukan pinta-ala [m 2 ] I - virta [A] r - etäisyys (kaukokentässä) [m] 2

3 Eromuotoinen häiriölähde: jos säteilevä johdinsilmukka maapinnan läheisyydessä => heijastuminen maapinnasta => häiriö kasvaa 6 db => E = ( f A I) [V/m] r => Säteily siis verrannollinen virtaan I silmukan pinta-alaan A taajuuteen f Mitä on tehtävissä häiriön vaimentamiseksi? Eromuotoisen säteilevän häiriön vaimentaminen: yleensä virta ja taajuus vakioita johdinsilmukan pinta-ala pinta-alan pienentäminen määritä aina paluureitti virralle erityisesti kellosignaalit ja kaapelointi esim. lattakaapeli:» johdin 1 : CLK (100MHz)» johdin 25 : GND 3

4 Signaalien taajuusominaisuuksia: sinimuotoinen signaali => energia keskittynyt perustaajuudelle muut signaalimuodot => energia jakautunut harmonisille taajuuksille Fourier-muunnos: X ( f ) j πft = x( t) e 2 dt Digitaalisen signaalin taajuusominaisuuksia: n:n harmonisella taajudella kulkeva virta I n tt sin nπ sin( nπd ) T = 2Id nπd tt nπ T I - virran peak-to-peak arvo d - pulssisuhde t r - signaali nousu- tai laskunopeus (käytä pienempää) n - harmonisen komponentin järjestysluku 4

5 Digitaalisen signaalin taajuusominaisuuksia: signaali, jonka pulssisuhde 50% I 1 = 0.64*I vain parittomat harmoniset H.W. Ott - Noise Reduction Techniques in Electronic Systems Jaksollisten signaalien häiriöt => transientin vaimennus sarjavastuksella H.W. Ott - Noise Reduction Techniques in Electronic Systems 5

6 Eromuotoisen säteilyn määrittäminen arvioi harmonisten komponenttien virta laske säteilyn voimakkuus harmonisilla taajuuksilla nyrkkisääntö: 95% signaalin energiasta on 10:n harmonisen taajuudella Eromuotoisen säteilyn vaimentaminen piirilevysuunnittelu & kaapelointi silmukoiden pinta-alat erityisesti jaksolliset signaalit => säteilevä häiriö keskittynyt kapeille taajuuskaistoille (signaalin taajuuden harmoniset) Hakkuri ja piirilevyn lay-out: 6

7 Hakkuri ja piirilevyn lay-out: kytkin auki kytkin kiinni Hakkuri ja piirilevyn lay-out: kytkin auki kytkin kiinni 7

8 Eromuotoisen häiriön vaimentaminen määritä reitti paluuvirralle yhtenäinen maataso kaapeleiden pituus mahdollisimman lyhyeksi ei näin: CPU RAM IO korkea kellotaajuus matala kellotaajuus Eromuotoisen häiriön vaimentaminen vaan mieluummin näin: CPU IO RAM matala kellotaajuus korkea kellotaajuus 8

9 Eromuotoisen häiriön vaimentaminen korkeataajuiset kellosignaalit mahdollisimman kauas IO-linjoista CPU RAM IO drivers IO Power supply Eromuotoisen häiriön vaimentaminen kellosignaalien ei tulisi kulkea rinnakkain muiden signaalien (erityisesti IO-signaalit) kanssa IO-linjojen tai väylien puskuripiirit mahdollisimman lähellä liittimiä määritetty paluu reitti per väylän 8-bittiä paluureitti mahdollisimman lähelle LSb:tä 9

10 Yhteismuotoinen häiriö vaikeampi kontrolloida säteilytaajuudet riippuu yhteismuotoisten jännitteiden taajuuksista H.W. Ott - Noise Reduction Techniques in Electronic Systems Yhteismuotoisen häiriölähteen säteilemän kentän 7 2 4π 10 ( f l I) maksimivoimakkuus E= [V/m] r (kaukokentässä): E - sähkökentän voimakkuus [V/m] 10

11 Yhteismuotoisen häiriön vaimentaminen rajoita signaalien taajuutta ja nousunopeutta minimoi kaapelien pituudet yhteismuotoinen impedanssi kaapeliin ferriitti ehkäise yhteismuotoisten jännitteiden syntyminen Yhteismuotoisen häiriön vaimentaminen Kaapelin suojaus ja suodatus H.W. Ott - Noise Reduction Techniques in Electronic Systems 11