TME – Curs7

Proiectare pentru compatibilitate electromagnetică

2

Conţinutul cursului

Atenuarea perturbaţiilor cuplate galvanic Atenuarea perturbatiilor cuplate capacitiv

3

Principiul cuplajului galvanic

dtdi

+Li=Rvp

ps

jωωRZ vG 1

vG 2

vL1

vL2

vs

i 1

i 2

ZL 2

ZL 1

ZG1

ZG2

A

B

(7-1)

(7-2)

4

PACG 1

PACG 1. Micşorarea valorilor parametrilor căii galvanice: R şi L.

Exemplul 1. Fie un traseu conductor cu lungimea l=8 cm şi având parametrii R=1 m şi L=1 nH/cm. Pe acest traseu apare o perturbaţie datorată unei variaţii de curent de 2 A în 50 ns. Să se determine valoarea tensiunii perturbative ce apare pe acest traseu.

mV32mV320mV2ns50

AnH8A2mΩ1s

p

p2=+=

2+=

t

iL+iR=v

(7-3)

5

Evaluarea rezistenţelor

]C201[2

2ln

1

2ln

2o

ρ)α(TD

x

D

x

πt

ρR

]C201[ oρ)α(T

tw

ρlR

]C201[4 o

2 ρ)α(TπD

ρlR

DffR

π

l102,61)( 7

t)(w

lf,R(f)

210612 7

l

Dw

t(7-4)

(7-5)

(7-6)

(7-7)

(7-8)

t

xD1

D2

6

Evaluarea inductivităţii

H)2(ln0r

D

d

π

μμlL

d

l

i i

D

sp re sa rc in ă

μH/in)2(ln010

μH/m)2(ln40

1Pentru r

D

d,

l

L

D

d,

l

L

μ

Două trasee cu secţiune circulară

(7-9)

(7-10)

D d

1 2 3 4 5 6 7

G ND

0,23H

Exemplul 2: Să se determine inductanţa pentru fiecare fir de semnal din următorul cablu panglică avînd lungimea de 12 inch şi d=50 mil, D=15mil.

7

Evaluarea inductivităţii

H)4(ln2

0r

D

h

π

μμlL

μH/in)D

hln(40,005

l

L

μH/m)D

hln(40,2

l

L

1μPentru r

i

D

l

h

i

sp re sa rc ină

p la n d e m a să

Traseu cu secţiune circulară situat deasupra unui plan de masă

(7-11)

(7-12)

8

Evaluarea inductivităţii

H1ln0r

tw

w)π(d

π

μμlL

μH/in)(ln010

μH/m)(ln40

H/m)(ln0r

şi1r

Pentru

tw

πd,

l

L

tw

πd,

l

L

tw

πd

π

μμ

l

L

πdtwμ

l

d

i i

spre sarc in ă

t

w

substratizolator

Două trasee cu secţine dreptunghiulară -A

(7-13)

(7-14)

9

Evaluarea inductivităţii

μH/in0320

μH/m

1r

pentru

μHr261

H0r

261

w

d

LK

,

w

d

LKl

L

μ

w

d

LK

μ,l

w

d

LK

μμlL

,

l

i

i

spre sarcină

t

w

substratizolator

d

0

0

2

2

4

4

6

6

8

8

10

10

12

12

14

14

16

16

18

18

20

20K L

d/w

Două trasee cu secţine dreptunghiulară -B

(7-15)

10

Evaluarea inductivităţii

μH/inμH/m

1r

pentru

μHr261

H0r

0320261

w

h

LKw

h

LKl

L

μ

w

h

LK

μ,l

w

h

LK

μμlL

,,

0

0

2

2

4

4

6

6

8

8

10

10

12

12

14

14

16

16

18

18

20

20K L

2h/wsubstratizolator

l

i

i

spre sarcină

t

w

h

plan demasă

Traseu cu secţiune dreptunghiulară situat deasupra unui plan de masă

(7-16)

11

Măsuri pentru reducerea valorii parametrilor R şi L

reducerea lungimii l a legăturii galvanice; reducerea distanţei dintre cele două trasee;

pereche ale conexiunii (d); majorarea lăţimii traseelor conductoare (D, w); utilizarea mai multor trasee între două puncte; realizarea unui plan de masă;

12

PACG 2, PACG 3

PACG 2. Reducerea fronturilor curenţilor perturbatori.

PACG 3. Introducerea unor elemente pentru drenarea componentelor perturbative.

14DIP300

VCC

GND

13

PACG 4

PACG 4. Măsuri constructive, geometrice, prin care se elimină curenţii perturbatori din impedanţele de evaluare conform regulii paralelogramului

P ream plifica tor

vG

vO

V ALI

Z O

Z L

Z I

Z G

R L

R O

iL

iI

iALI

14

Regula paralelogramului

Separarea legăturilor de alimentare pentru un sistem analog-digital

S u rsă p en truc ircu ite lea n a log ice

S u rsă p en truc ircu ite le

d ig ita le

Convertor

A

D

15

Regula paralelogramului

Separarea legăturilor de alimentare pentru un sistem de forţă P rea m p lif ica tor A m p lif ica torT ra d u ctor

Sarc ină

Sursă pentruc ircuite leanalog ice

Sursă pentruc ircuite leanalog ice

Z p Z p Z p Z p

a ) ca b la re erona tă

P rea m p lif ica tor A m p lif ica torT ra d u ctor

Sarc ină

Sursă pentruc ircuite leanalog ice

Sursă pentruc ircuite leanalog ice

Z p Z p Z p Z p

b ) ca b la re corec tă

16

Regula paralelogramului

Separarea legăturilor de pământare

E chip a m ent1

E chip a m ent2

E chip a m ent3

Z p Z p Z p

E chip a m ent1

E chip a m ent2

E chip a m ent3

Z p Z p Z p

a ) ca b la re erona tă

b ) ca b la re corec tă

17

Exemplul 3

18

PACG 5, PACG 6

PACG 5. Sistematizarea echipamentelor pentru ca transferul între modulele constructive să se realizeze pe cât mai puţine trasee.

PACG 6. Întreruperea buclelor galvanice perturbative. Distribuirea sistemului de alimentare Separare galvanică

19

Întreruperea buclelor sistemului de alimentare

S ursă d ep utere

S ursa 1M od ul

e lec tronic 1

S ursa 2M od ul

e lec tronic 2

S ursa 3M od ul

e lec tronic 3

220V+

-

20

Întreuperea buclelor de semnal prin separare galvanică

vp

transform ator

a)

vp

optocuplor

b)

21

Exemplu 4

Schema electrică a două canale de amplificare identice este implementată pe un cablaj imprimat dublu strat. Tensiunea de la intrarea canalului 1 este sinusoidală având frecvenţa de 50 KHz şi amplitudinea de 10 mV. Să se deducă nivelul relativ al zgomotului cuplat la ieşirea canalului 2 raportat la semnalul de intrare în canalul 1.

bucla 1

bucla 2

1K8

Rp Lp

15V

-15V

Rl1il1

R11

R12

vo1

vi1

VC

C

VE

E

56K

560

560

A1

R21

R22

vo2vi2

VC

C

VE

E

56K

560

560

A2

1K8Rl2

l=3in

d1=

2,5i

nd

2=0,

06in

vip2

1

2

3

4

l=3in

d1=2,5in

il1

t=0,0025in

w=0,025in

substratizolator

4

3

21

d2=0,06in

GND

22

Exemplul 4 – evaluare (1)

mA0,55k81

1

1o1

l1 Rl

vi

100850

85

21

222

11

121

K

R

RA

R

RA

V1V0,011001 i1o1 vAv

Ω0,030,0250,0025

310 x 6,787 -7

tw

ρlRp

bucla 1

bucla 2

1K8

Rp Lp

15V

-15V

Rl1il1

R11

R12

vo1

vi1V

CC

VE

E

56K

560

560

A1

R21

R22

vo2vi2

VC

C

VE

E

56K

560

560

A2

1K8Rl2

l=3in

d1=

2,5i

nd

2=0,

06in

vip2

1

2

3

4

nH1700,00250,025

2,5πln0,0131

L

nH700,025

0,06

3,3

10,03232

L

(7-17)

(7-18)

(7-19)

(7-20)

(7-21)

(7-22)

23

Exemplu 4 – evaluare (2)

mV0220Ω040mA550Ω108510501432030mA550

2

1p

2

1p

2932

22

pp1

pp1p

,,,,,,

LωRiv

iL

jωiRv

mV0,018Ω0,032mA0,55Ω103510503,1420,03mA0,55

2

2p

p2

2pp

2932

22

p2

p2

LωRpiv

iL

jωiRv

dB1510

81lg20lg20

mV1,8100

i1

o2

p2o2

,

v

vK

vv

dB1310

22lg20lg20

mV2,2100

i1

o2

p1o2

,

v

vK

vv

(7-23)

(7-24)

(7-25)

(7-26)

24

Exemplul 4 – evaluare (3)

25

Principiul cuplajului capacitiv

pp

in

ins

1p

pCjω

Z;vZZ

Zv C

C

pinp

pin

s

p

vZCω

vZ

Zv

C

tr a s e u p e r tu r b a to r

tr a s e u p e r tu r b a t

c a p a c ita te p a r a z ită

pC

inZsv

pvte n s iu n e p e r tu r b a tiv ă

c ir c u it s u s c e p to r(p e r tu r b a t)

(7-27)

(7-28)

26

PACC 1, PACC 2

PACC 1. Acţiune simultană în trei locuri: pulsaţia tensiunii perturbatoare; impedanţa de evaluare; capacitatea de cuplaj (parazită).

PACC 2. Acţine la perturbator: filtrarea armonicelor de ordin superior sau atenuarea fronturilor.

27

PACC 3 – Acţiune la susceptor

ppsp

s

:rezultă1)ps

(in

Pentru

p)ps

(in

1

pin

s

s

ppvv

C+Cv

C+CR

vC+CRj+

CRj

=v

C

CC

tr a s e u p e r tu r b a to r

tr a s e u p e r tu r b a t

c a p a c ita te p a r a z ită

pC

inRsv

pvte n s iu n e p e r tu r b a tiv ă

c ir c u it s u s c e p to r(p e r tu r b a t)

sC(7-29)

28

PACC 4 – Acţiune pe calea de transmisie

PACC 4. Măsuri geometrice

A şi d C ;

d

A=C

0r(7-30)

29

Evaluarea valorilor capacităţilor parazite

Distanţe mari între armături corecţii prin factori de “franjurare” KC, KL

Neomogenitatea mediului dintre armături: r r

(ef)

+V

-V linii de flux ideale

linii de flux reale

suprafaţă de

potenţial nul

30

Două trasee cilindrice paralele

F/m

21

24ln

(ef)r

21Pentru

pF/in2

ln

(ef)r

7,0pF/m

2ln

(ef)r

8,27

F/m2

ln

(ef)r

1Pentru

F/m

12

ln

(ef)r

0

0

0

2

π

π

DD

d=

lC

DD

D

d

D

d

D

d=

lC

d

D

-D

d+

D

d

=l

C

l

d

D

(7-31)

5 10 100 1000

d/D

10

2

1

100

C/l [pF/m]

zona de variaţie rapidă

a capacităţii

1

31

Exemplu 5

D d

1 2 3 4 5 6 7

Pentru cablul panglică din figură vom determina capacitatea parzită dintre două fire alăturate. Se cunosc: D=15 mil, d=50 mil, l=12 in Şi r=3,2.

pF2,14

15502

ln

2,37,012

2ln

7,0 r

Dd

lC

32

Traseu cilindric situat deasupra unui plan conductor

pF/in4

ln

pF/m4

ln

F/m4

ln

(ef)r

(ef)r

(ef)r0

4,1

6,55

π2

1/2Pentru

D

h

D

h

D

hlC

Dh

D

l

h

p la n c o n d u c to r

(7-32)

33

Două trasee cu secţiune dreptunghiulară paralele - cazul I

pF/in(ef)r

2250

pF/m(ef)r

848

F/m(ef)r0

d

wC

K,

d

wC

K,

d

wC

Kl

C

Dacă d/w<<1, atunci KC=1

t

lw

substratizolator

d

r(7-33)

0

0

2

1

4

2

6

3

8

4

10

5

12

6

14

7

16

8

18

9

20

10K C

d/w

5,4r

34

Două trasee cu secţiune dreptunghiulară paralele - cazul II

hd

hd

pentru2

1

pentru1

r(ef)r

(ef)r

pF/in1

)(πln

71,0

pF/m1

)(πln

8,27

F/m1

)(πln

π

(ef)r

(ef)r

(ef)r0

twwd

twwd

twwdl

C

(7-34)

(7-35)

l

d

t

w

substratizo lator r

h

35

Două trasee cu secţiune dreptunghiulară paralele - cazul II - continuare

pF/inln

71,0

pF/mln

8,27

F/mln

π

(ef)r

(ef)r

(ef)r0

twd

twd

twdl

C

pF/in

21

11

πln

41,1

pF/m

21

11

πln

6,55

F/m

21

11

πln

π2

22

(ef)r

22

(ef)r

22

(ef)r0

twtwd

twtwd

twtwd

lC

Dacă d>>w: Dacă traseele au lăţimi diferite, w1 şi w2:

(7-36) (7-37)

36

Traseu cu secţiune dreptunghiulară situat deasupra unui plan conductor

pF/in225,0pF/m83,8

F/m

r(ef)r

(ef)r0

h

wK

h

wK

h

wKl

C

CC

C

su b stra tizo la to r

l

t

w

h

p la n c o n d u c to r

r

0

0

2

1

4

2

6

3

8

4

10

5

12

6

14

7

16

8

18

9

20

10K C

2h/w

5,4r

(7-38)

hww

h

hwh

w

w

hr

pentru12

12

1

2

1

pentru104,012

12

1

2

1

5,0

rr(ef)r

25,0

r(ef)r

(7-39)

37

Două trasee poziţionate deasupra unui plan conductor

pF/in07,0pF/m81,2

F/mπ

3,0/2Pentru

2(ef)r

2(ef)r

2(ef)r0

d

wKK

d

wKK

d

wKKl

C

dh

CLCL

CL

0

0

2

1

4

2

6

3

8

4

10

5

12

6

14

7

16

8

18

9

20

10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

K C

d/w

5,4r

K L

K L

K C

l

d

tw

su b stra tizo la to r r

p la n d e m a să

h

(7-40)

38

PACC 5 – Acţiune pe calea de transmisie

PACC 5. Ecranarea

39

Principii pentru realizarea incintelor de ecranare electrică

a) ecranin efic ien t

b ) ecranefic ien t

feţe izo la tefeţe

ech ip oten ţia lizate

40

Ecranele în jurul conductoarelor ce transmit semnale la distanţă.

41

PACC 6 – Acţiune la susceptor

PACC 6. Amplificare locală a semnalelor utile

n iv e le " 0 "

n iv e le " 1 "

nive le T T L

0V

5V

2V

0,8V

n iv e le " 1 "

n iv e le " 0 "

nive le R S232

0V

12V

6V

-6V

-12V

42

PACC 7 – Acţiune la susuceptor

PACC 7. Transmisie prin buclă de curent.

V cc

2 0 m A

4 0 m A

I

I

K

H

L

circu it p entrud etec ţia sensu lu i

curentu lu i

D river R eceiver

L ,H