Контуры с общим проводом системы опорного потенциала

Такие контуры типичны для аналоговых и цифровых схем. В качестве примера на рис. 3.13, а приведена логическая схема, в которой может произойти непредусмотренное изменение со­стояния переключающего элемента при изменении сигнала на выходе элемента А из-за наличия паразитной емкости С₁₃.

На рис. 3.13, б приведена соответствующая схема замещения. Принимая R_s>> r_q, записываем напряжение помехи в операторной форме:

Рис. 3.13. Емкостное влияние контуров с общим проводом системы опорного по­тенциала 2, 4:

а - схема с элементами логики; б - схема замещения; 1,2 - влияющий контур; 3, 4 - контур, испытывающий влияние; С₁₃ - паразитная емкость связи

(3.11)

Решение этого уравнения имеет вид

. (3.12.)

В этих уравнениях представляет собой постоянную скорость линейно возрастающего выходного напряжения эле­мента А в интервале (рис.3.14, а).

Рис. 3.14. Выходной сигнал элемента А на рис. 3.13, а (а) и сигнал помехи u_st в интервале времени (б)

Изменение во времени напряжения помехи согласно (3.12) показано на рис. 3.14, б. Если постоянная времени максимально возможное напряжение помехи определяется по формуле:

. (3.13)

Емкость связи С₁₃, входящая в уравнения (3.11) - (3.13), определяется геометрическими размерами и топологией про­водников. В простейшем случае проводники диаметром D и длиной , расположенные параллельно друг другу на расстоя­нии (рис. 3.15), имеют емкость связи

Реальные значения емкости С₁₃ составляют от 5 до 100 пФ/м.

Рис. 3.15. Параллельно проложенные цилиндрические провод­ки (а) и зависимость погонной индуктивности от отношения d/D (б)

Например, при С₁₃ = 100 пф/м, r_q = 50 Ом, l = 0,1 м и = 4 В/нc из (3.13) ориентировочное значение максимального напряжения помехи составляет примерно 2 В.

Мероприятия по снижению емкостного влияния контуров с общим проводом системы опорного потенциала следующие:

-обеспечение малой емкости связи С₁₃ из-за сокращения длины проводов l, уменьшения диаметра провода D, увеличения расстояния d между проводами 1 и 2, исключения параллельной их прокладки, применения изоляции проводов и печатных плат с малой диэлектрической проницаемостью;

-увеличение емкости С₃₄ путем размещения сигнальных про­дав между проводниками системы опорного потенциала (см. рис. 3.7), скрутки сигнальных проводов и проводов системы опорного потенциала, использования свободных жил кабеля в качестве проводников системы опорного потенциала, расположение плоских проводов системы опорного потенциала на минимальном расстоянии при монтаже (на печатных платах, в плоскиx соединительных жгутах), что также сказывается благоприятно и при снижении гальванических влияний;

-выполнение предельно низкоомными токовых контуров, подверженных влиянию;

-ограничение скорости изменения напряжения (в логических схемах скорость переключения должна быть не выше, чем требуемая для функционирования);

-экранирование проводов и контуров, чувствительных к влиянию (экраны S на рис. 3.16, а, провода и экранные дорожки S на печатных платах рис. 3.17, экранирующие пластины между печатными платами SW или отсеки SG для отдельных модулей (рис. 3.18), металлизация пластмассовых корпусов).

Под влиянием экрана существенно уменьшается емкость С₁₃, а емкость С₃₄ увеличивается, что в соответствии с (3.12) и (3.13) приводит при одной и той же скорости изменения напряжения кснижению напряжения помехи.

Рис. 3.16. Экранирование линии:

а - целесообразное соединение экрана S с системой опорного потенциала 2, 4; б - схема замещения; в - нецелесообразное соединение экрана с системой опорного потенциала; г - двустороннее соединение экрана с проводом опорно­го потенциала; А - источник помех ( ); r_q - выходное сопротивление ис­точника помех; R_S - входное сопротивление ступени в экранированном контуре

Рис. 3.17. Экранирующие дорожки на печатных платах:

а - экранирующая дорожка S (схема замещения такая же, что и на рис. 3.16, б); б - короткозамкнутая дорожка - экран S с перемычкой В служит также защитой от индуктивного влияния

Рис. 3.18. Экранирование функциональных блоков печатных плат перегородками SW или функцио­нальных модулей коробками SG:

2, 4 —пластина опорного потенциала

В любом случав экран S должен быть изготовлен из хорошо проводящего материала, чтобы на сопротивлении экрана R и его индуктивности L (рис. 3.16, б) не было заметного падения напряжения, накладывающегося на полезный сигнал в защища­емом корпусе. Экран в источнике питания должен быть соединен с проводом системы опорного потенциала (например, с проводом 2 и 4 на рис. 3.16, б). При соединении экрана с систе­мой опорного потенциала у чувствительного к помехам элемента (рис. 3.16, в) ток вызывает падение напряжения помехи u_st на сопротивлении R и индуктивности L провода системы опорного потенциала, которое накладывается на входное напряжение защищаемого контура.

Двустороннее присоединение экрана к системе опорного потенциала (рис. 3.16, г) целесообразно тогда, когда экран предназначен для ослабления воздействующего магнитного поля. Впрочем, ток i_st в контуре, образованном экраном S и проводом системы опорного потенциала 2, 4, не должен создавать в проводе 2, 4 недопустимого напряжения помехи, попадающего в защищаемый контур.