Механизмы связи и способы их ослабления

Гальваническая связь

Гальваническая связь возникает, если некоторое полное сопротивление оказывается общим для двух или нескольких контуров. Различают гальваническую связь рабочих контуров через цепь общего питания от одного источника (рис. 3.1,а); гальваническую связь между рабочими контурами через контур заземления (рис. 3.1,6).

Примеры возникновения и передачи напряжений помех, передающихся по проводам благодаря наличию гальванической связи через полное сопротивление связи Z

Рис. 3.1. Примеры возникновения и передачи напряжений помех, передающихся по проводам благодаря наличию гальванической связи через полное сопротивление связи Z : а - потребители, питаемые от одной и той же сети; б - связь через контур заземления

Другими типичными примерами первого типа связи являются воздействие на сеть коммутационной аппаратуры и выпрямителей, изменения тока при переключении цифровых цепей и включении катушек реле и контакторов, токи в подводящих проводах коллекторных двигателей и т.д. Связь через контур заземления возникает всегда, когда синфазные напряжения вызывают нежелательные токи через неоднократно заземленные нулевые провода, кабельные экраны, корпусы измерительных приборов и т.д.

Гальваническая связь через цепи питания

Если два или несколько электрических контуров имеют общее полное сопротивление Zt, например, общий нулевой провод, то ток

одного контура создает на сопротивлении Zc падение напряжения, которое проявляется в другом контуре как напряжение противофазной помехи (рис. 3.2,а). Гальваническая развязка в этих случаях сводится к приему, показанному на рис. 3.2,6. Оба контура, как и прежде, остаются гальванически связанными, однако не через сопротивление связи. Далее связь через общие полные сопротивления, схематично показанная выше, поясняется более подробно на примере гальванической связи электронных плат, интегральных схем и других потребителей через внутренние сопротивления общих блоков питания или полные сопротивления общих проводов электропитания (рис. 3.3).

Возникновение противофазных помех в контурах с общим полным сопротивлением (а); устранение причины возникновения (б)

Рис. 3.2. Возникновение противофазных помех в контурах с общим полным сопротивлением (а); устранение причины возникновения (б):

ZM - полные сопротивления источников;

Zпр - полные сопротивления приемников

На рис. 3.3,а изменения тока питания функционального узла 1 вызывают падения напряжения на сопротивлениях проводов электропитания и на внутреннем сопротивлении блока питания, которые проявляются как колеба-ния питающего напряжения всех прочих параллельно питаемых функциона-льных узлов, что может привести к ошибкам в работе.

Падение напряжения рассчитывается во временной и частотной областях соответственно как

причем следует учитывать возможную одновременность нескольких изменений токов питания нескольких узлов. В цифровой технике из-за больших скоростей изменений токов падение напряжения на индуктивности чаще всего превосходит падение напряжения на сопротивлении.

Гальваническая связь функциональных узлов через общие полные сопротивления (а); способы противодействия(б,в)

Рис. 3.3. Гальваническая связь функциональных узлов через общие полные сопротивления (а); способы противодействия(б,в)

Укажем на основные способы уменьшения связей:

  • - уменьшение полного сопротивления проводов электропитания посредством сокращения их длины, скручивания, использования плат с двусторонним и многослойным монтажом и т.д.;
  • - использование функциональных узлов с более высокими питающими напряжениями и применение индивидуальных коммутационных стабилизаторов внутри каждого функционального узла;
  • - снабжение функциональных узлов на входе соответствующими стабилизирующими конденсаторами, которые во время быстрых коммутационных процессов кратковременно могут отдавать большие токи при малом понижении напряжения;
  • - использование отдельных проводов электропитания для каждого функционального узла. Возможные перепады напряжения определяются в этом случае только сравнительно малым внутренним сопротивлением блока питания, полные сопротивления индивидуальных подводящих линий способствуют развязке функциональных узлов друг от друга (рис. 3.3,6).

У функциональных узлов с сильно различающимся потреблением мощности можно предусмотреть раздельные блоки питания (рис. 3.3,в). Все, что здесь рекомендовано для функциональных узлов, справедливо и внутри отдельной электронной платы, (рис. 3.3,а,б). С учетом вышеприведенных для функциональных узлов мер различия обоих вариантов понятны без объяснения. Уже упомянутые стабилизирующие конденсаторы распределяются в данном случае для индивидуальной связи по отдельным микросхемам.

Устройство на рис. 3.4,6 обладает преимуществами перед устройством на рис. 3.4,а, так как обтекаемые токами контуры имеют существенно меньшие площади и поэтому связаны значительно меньшими магнитными потоками [3.1].

Для численной оценки ожидаемых влияний в табл. 3.1 приведены некоторые приближенные формулы для расчета индуктивности проводников различных конфигураций ([3.2] и др.).

Верхний предел для полного сопротивления линии электропитания образует при бесконечно большой di/dt волновое сопротивление Z0, так что для «электрически длинных» отрезков линии (/ / v Та) падение напряжения в отличие от (3.1) рассчитывается как Схемы электропитания элементов платы

Рис. 3.4. Схемы электропитания элементов платы: а - плохая, б - хорошая

Формулы для расчета волновых сопротивлений часто встречающихся типов проводов приведены в последнем столбце табл. 3.1.

 
Посмотреть оригинал