Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zakłócenia EMI w układach isoPower część 2.

ghost666 26 Maj 2013 21:50 4083 0
  • Źródła emisji zakłóceń elektromagnetycznych

    W systemach wykorzystujących układy z technologią isoPower wyróżniamy dwa źródła emitujące zakłócenia EMI: emisję brzegową oraz emisję dipola wejście-wyjście.

    Emisja brzegowa

    Ten typ emisji zachodzi gdy pewne prądy napotykają krawędzie wylewek masy lub linii zasilania. Chodzi tutaj o prądy będące wynikiem:

    • Szum masy lub szumy mocy wynikające z nieadekwatnego odsprzęgnięcia miejsca gdzie upływa prąd wysokiej mocy.
    • Pola magnetyczne penetrujące warstwy laminatu napotykające krawędź płytki.
    • Obraz ładunku na linii paskowej ulokowanej zbyt blisko krawędzi płytki.


    Z emisją brzegową mamy do czynienia gdy różnicowy szum z wielu źródeł spotyka się na krawędzi płytki i wycieka (promieniuje) do przestrzeni pomiędzy warstwami wylewek. W takiej sytuacji przestrzeń ta zachowuje się jak falowód. Pokazane jest to na poniższej ilustracji.

    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 2.


    Sytuację na krawędzi PCB opisać można dwoma skrajnymi sytuacjami. Gdy, tak jak na powyższym rysunku, krawędzie zaimprowizowanego falowodu kończą się równo
    lub gdy krawędzie są rozsunięte o więcej niż 20h, gdzie h to odległość pomiędzy warstwami w PCB (tj, grubość laminatu). Druga sytuacja pokazana jest na poniższej ilustracji.

    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 2.


    W pierwszym przypadku część energii emisji zostaje odbita z powrotem w PCB pozostała energia natomiast zostaje wypromieniowana na zewnątrz. W drugim przypadku krawędzie formują rodzaj anteny kierunkowej. Gdy warunek przesunięcia o 20h lub więcej zostaje spełniony emisja wypromieniowywana bardzo efektywnie sprzęga się z tym co znajduje się na płytce drukowanej. Te dwa graniczne przypadki posłużą nam w dalszej części artykułu do dokładnej analizy emisji krawędziowej.

    Emisja z dipola wejście-wyjście

    Emisja z dipola formującego się pomiędzy wejściem a wyjściem układu pojawia się gdy znaczny prąd przepływa nad przerwą pomiędzy dwoma wylewkami masy. Jest to główny mechanizm emisji w układach isoPower z uwagi na ich architekturę. Izolowane zasilacze z samej swojej natury transferują prąd nad szczeliną pomiędzy dwoma (izolowanymi) wylewkami masy. Niezdolność obrazu sygnału wysokiej częstotliwości towarzyszącego sygnałowi prądowemu do przekroczenia bariery izolacji galwanicznej powoduje powstanie sygnału różnicowego pomiędzy oboma wylewkami masy po obu stronach bariery izolacji galwanicznej. Ten sygnał różnicowy powoduje powstanie dipola, takiego jak na poniższej ilustracji.





    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 2.


    Podobny mechanizm powoduje że gdy linie sygnałowe przechodzą przez otwory w wylewce masy lub zasilania promieniują one dookólnie. Ten rodzaj radiacji jest głównie prostopadły do przerwy pomiędzy wylewkami masy. Układy z serii ADuM540x służą tutaj jako doskonały przykład. Oscylator przetwornicy w tym układzie działa z częstotliwością około 180 MHz. Układ ten stabilizuje na wyjściu napięcie 3,3 V lub 5 V, zależnie od ustawień. Napięcie wejściowe z kolei zawiera się w zakresie od 3 V do 5 V. Najwyższą moc oferuje tryb z wejściem 5 V i wyjściem 5 V. Taka konfiguracja zostanie rozważona w tym artykule.

    W czasie pracy z pełnym obciążeniem przetwornicy, tj. gdy pobiera się z niej po stronie wtórnej 100 mA, prąd wejściowy wynosi ok 290 mA. Oznacza to że szczytowy prąd w układzie przełączany jest z częstotliwością 2 x 180 MHz. Dedykowany układowi kondensator odsprzęgający powinien zapewnić prąd o tak wysokiej częstotliwości lokalnie, jednakże ta wartość prądu może być zbyt duża nawet dla równolegle połączonych tranzystorów o niskim współczynniku ESR. Pojemność odsprzęgająca musi się charakteryzować niewielkim oporem szeregowym przy częstości 180 MHz a jednocześnie musi zapewnić znaczny rezerwuar ładunku. Niespełnienie tych warunków powoduje wstrzyknięcie szumu wysokiej częstości w wylewkę masy i wylewki zasilania.
    Proces prostowania prądu po wtórnej stronie układu powoduje zdublowanie częstości oscylacji do 360 MHz, przez co są one identycznej częstości jak te na stronie pierwotnej. Dodatkowo pojawiać się mogą pewne harmoniczne składowe w sygnale, co doskonale pokazuje poniższy wykres, dosyć dobrze obrazujący dosyć pesymistyczny scenariusz. Poniższe widmo zebrane z pomocą sondy bliskiego pola pokazuje widmo emisji z systemu wykorzystującego dwuwarstwowy laminat (bez obudowy) i układ z rodziny isoPower.

    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 2.


    Układ charakteryzujący się takim widmem emisji nie spełniłby wymagań FCC klasy B dotyczących standardów emisji EMI. Emisja jest aż o 30 dB za duża w piku centrowanym na 360 MHz.


    Fajne!