Al giorno d'oggi, la frequenza di clock dei sistemi elettronici è di diverse centinaia di megahertz, i bordi di entrata e di uscita degli impulsi utilizzati sono nell'intervallo dei sub-nanosecondi e vengono utilizzati anche circuiti video di alta qualità per velocità di pixel inferiori ai nanosecondi. Queste velocità di elaborazione più elevate rappresentano sfide costanti nell'ingegneria. Quindi come prevenire e risolvere il problema dell'interferenza elettromagnetica del connettore è degno della nostra attenzione.
La velocità di oscillazione sul circuito diventa più veloce (tempo di salita/discesa), l'ampiezza di tensione/corrente diventa maggiore e il problema aumenta. Pertanto, oggi è più difficile risolvere la compatibilità elettromagnetica (EMC) rispetto a prima.
Prima dei due nodi del circuito, la corrente impulsiva che cambia rapidamente rappresenta la cosiddetta sorgente di rumore di modo differenziale. Il campo elettromagnetico attorno al circuito può accoppiarsi ad altri componenti e invadere la parte di connessione. Il rumore accoppiato induttivamente o capacitivamente è un'interferenza di modo comune. Le correnti di disturbo in radiofrequenza sono le stesse tra loro e il sistema può essere modellizzato come: composto da una sorgente di rumore, un"circuito vittima" o"ricevitore" e un loop (di solito un backplane). Diversi fattori vengono utilizzati per descrivere la dimensione dell'interferenza: l'intensità della sorgente di rumore, la dimensione dell'area intorno alla corrente di interferenza e la velocità di variazione.
Pertanto, sebbene vi sia la possibilità di interferenze indesiderate nel circuito, il rumore è quasi sempre co-modello. Una volta collegato un cavo tra il connettore di ingresso/uscita (I/O) e il telaio o il piano di massa, quando viene visualizzata una tensione RF, alcuni milliampere di corrente RF possono essere sufficienti per superare il livello di emissione consentito.
Accoppiamento e propagazione del rumore
Il rumore di modo comune è causato da un design irragionevole. Alcuni motivi tipici sono che le lunghezze dei singoli cavi in coppie diverse sono diverse o che le distanze dal piano di alimentazione o dallo chassis sono diverse. Un altro motivo sono i difetti dei componenti, come bobine di induzione magnetica e trasformatori, condensatori e dispositivi attivi (come l'applicazione di circuiti integrati speciali (ASIC)).
Componenti magnetici, in particolare il cosiddetto"induttanza con nucleo di ferro" tipo induttanze di accumulo di energia, vengono utilizzate nei convertitori di potenza e generano sempre campi elettromagnetici. Il traferro nel circuito magnetico è equivalente a una grande resistenza in un circuito in serie, dove viene consumata più energia. Di conseguenza, la bobina dell'induttanza del nucleo di ferro viene avvolta sull'asta di ferrite per generare un forte campo elettromagnetico attorno all'asta e l'intensità del campo più forte è vicino all'elettrodo. In un alimentatore switching che utilizza una struttura di ritraccia, deve esserci uno spazio sul trasformatore con un forte campo magnetico nel mezzo. L'elemento più adatto in cui mantenere il campo magnetico è il tubo a spirale, in modo che il campo elettromagnetico sia distribuito lungo la lunghezza del nucleo del tubo. Questo è uno dei motivi per cui la struttura a spirale è preferita per elementi magnetici operanti ad alte frequenze.
Anche i circuiti di disaccoppiamento inappropriati diventano spesso fonti di interferenza. Se il circuito richiede una grande corrente di impulso e la necessità di una capacità ridotta o di una resistenza interna molto elevata non può essere garantita durante il disaccoppiamento parziale, la tensione generata dal circuito di potenza diminuirà. Questo è equivalente all'ondulazione o equivalente a rapidi cambiamenti di tensione tra i terminali. A causa della capacità parassita del pacchetto, l'interferenza può accoppiarsi ad altri circuiti, causando problemi di modalità comune.
Quando la corrente di modo comune contamina il circuito dell'interfaccia I/O, il problema deve essere risolto prima di passare attraverso il connettore. Si consigliano applicazioni diverse per utilizzare metodi diversi per risolvere questo problema. Nel circuito video, i segnali di I/O sono single-ended e condividono lo stesso loop comune. Per risolverlo, usa un piccolo filtro LC per filtrare il rumore. In una rete di interfaccia in serie a bassa frequenza, una certa capacità parassita è sufficiente per deviare il rumore alla scheda inferiore. Le interfacce a comando differenziale, come Ethernet, sono generalmente accoppiate all'area I/O tramite un trasformatore e l'accoppiamento è fornito dalle prese centrali su uno o entrambi i lati del trasformatore. Queste prese centrali sono collegate alla piastra inferiore tramite un condensatore ad alta tensione per deviare il rumore di modo comune alla piastra inferiore in modo che il segnale non distorca.
Rumore di modo comune nell'area I/O
Non esiste una soluzione universale per risolvere tutti i tipi di problemi di interfaccia I/O. L'obiettivo principale dei progettisti è progettare bene il circuito e spesso trascurano alcuni dettagli che sono considerati semplici. Alcune regole di base possono ridurre al minimo il rumore prima che raggiunga il connettore:
1) Posizionare il condensatore di disaccoppiamento vicino al carico.
2) La dimensione dell'anello della corrente di impulso che cambia rapidamente dei bordi anteriore e posteriore dovrebbe essere la più piccola.
3) Tenere i dispositivi ad alta corrente (es. driver e ASIC) lontani dalle porte I/O.
4) Misurare l'integrità del segnale per garantire il minimo overshoot e undershoot, soprattutto per segnali critici con correnti elevate (come clock e bus).
5) Utilizzare un filtro locale, come la ferrite RF, per assorbire le interferenze RF.
6) Fornire una connessione lap a bassa impedenza al battiscopa o un riferimento nell'area I/O sul battiscopa. Rumore RF e connettori
Anche se gli ingegneri adottano molte delle precauzioni sopra elencate per ridurre il rumore RF nell'area I/O, non vi è alcuna garanzia che queste precauzioni siano sufficienti per soddisfare i requisiti di emissione. Parte del rumore è un'interferenza condotta, ovvero la corrente di modo comune scorre sulla scheda del circuito interno. La fonte di questa interferenza è tra il backplane e il circuito. Pertanto, questa corrente RF deve fluire attraverso il percorso con l'impedenza più bassa (tra la piastra inferiore e la linea che trasporta il segnale). Se il connettore non presenta un'impedenza sufficientemente bassa (alla sovrapposizione con la piastra di base), la corrente RF scorre attraverso la capacità parassita. Quando questa corrente RF scorre attraverso il cavo, si verificherà inevitabilmente un'emissione.
Un altro meccanismo per iniettare corrente di modo comune nell'area I/O è l'accoppiamento di forti sorgenti di interferenza nelle vicinanze. Anche alcuni"schermato" connettori sono inutili, perché la fonte di interferenza è vicino al connettore, come un ambiente PC. Se c'è uno spazio tra il connettore e il backplane, la tensione RF indotta qui può degradare le prestazioni EMC.
Esistono metodi per schermare i connettori, aggiungere pettini o guarnizioni. La sovrapposizione del connettore serve a colmare lo spazio tra il connettore e l'involucro. Questo metodo richiede un rivestimento. Le guarnizioni metalliche sono migliori fintanto che vengono maneggiate correttamente, cioè finché la superficie non è contaminata, finché le mani non toccano o danneggiano la guarnizione e finché c'è abbastanza pressione per mantenere una buona, bassa - contatto di impedenza.
Un altro metodo consiste nell'installare il connettore sul connettore o installare il connettore sull'alloggiamento. In questo momento, la superficie di contatto massima è leggermente più piccola e le dimensioni e l'elasticità delle linguette devono essere rigorosamente controllate. Quando si installa un connettore schermato, praticare un'apertura sull'involucro e rimuovere l'olio sul lato dell'apertura. Realizzalo con cura. Se la tolleranza non è adeguata, il connettore affonderà troppo in profondità nell'involucro e la sovrapposizione verrà interrotta. Ogni ingegnere EMC sa che in un"eccellente" sistema, questo problema deve soddisfare i requisiti di lancio ed essere verificato in tempo sulla linea di produzione. Le guarnizioni allentate o piegate, installate sull'olio in aree critiche, falliranno.
Il connettore EMI è stato scelto per i seguenti motivi:
1) La plastica espansa conduttiva è estremamente morbida e può essere posizionata sull'intera circonferenza del connettore. Ciò elimina i problemi relativi all'altro involucro e guarnizione.
2) L'ingegnere meccanico può installare il connettore entro l'intervallo di tolleranza accettabile dello chassis del sistema.
3) Il connettore e il telaio sono collegati a bassa impedenza per garantire un buon contatto. Il rivestimento sul lato interno della parete dell'armadio può essere realizzato con materiali più morbidi quando è necessario verniciare e ha un requisito di mascheratura.
4) Per i progetti che richiedono un raffreddamento forzato, la guarnizione dovrebbe preferibilmente avere un'altra caratteristica: la giunzione tra il connettore e la parete dell'involucro dovrebbe essere sigillata per ridurre le perdite d'aria. In un ambiente polveroso, la guarnizione dovrebbe aiutare a mantenere pulito il sistema.
