Анализ электромагнитной совместимости схемы
При конструировании РЭА различных уровней приходится решать вопросы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС), как отдельных частей, так и всей конструкции с внешними устройствами. ЭМС радиоэлектронного средства – это его способность функционировать совместно и одновременно с другими средствами, имеющими электромагнитные свойства, в данном случае автомобиль, при возможном действии непреднамеренных помех другим РЭС.
Наводки переменного поля, проникая в цепи питания, и распространяясь по всей схеме, являются причиной искажения информации в фундаментальных частях схемы. В цепях переменного поля на частотах более 20-25МГц проблемой проектировщика является нейтрализация паразитных связей (наводок), которые возникают между отдельными частями (каскадами) схемы.
Существуют «генераторы наводок» и «приемники наводок», причем такими частями схемы могут быть любые каскады. Самое главное – чтобы между ними не возникали паразитные связи.
Проанализируем типовые виды паразитных связей:
1. Емкостная паразитная связь. Возникает между двумя параллельными проводниками.
на высоких частотах падает
и между проводниками 1 и 2 возникает паразитная емкостная связь, необусловленная схемой.
Таким образом, выясняется, что такая паразитная связь в схеме, данной в ТЗ, возникнуть не может. Так как падает лишь на высоких частотах, а схема сигнализатора функционирует на небольших частотах (4МГц).
2. Индуктивная паразитная связь. Печатные проводники и выводы элементов обладают погонной индуктивностью. На низких частотах индуктивность проводов не представляет угрозы для стабильной работы устройства, но на высоких частотах индуктивное сопротивление резко возрастает, что приводит к отказу схемы.
Поэтому и такой вид паразитной связи не страшен для схемы сигнализатора.
3. А третий вид паразитной связи, через общее сопротивление, вообще возникает лишь в ГГц диапазоне, естественно и такой вид паразитной связи не представляет угрозы для данной схемы охранного сигнализатора.
Электромагнитная совместимость автомобильных микроконтроллерных систем
Диапазон применения микроконтроллеров в автомобильной электронике очень широк, в нашем случае это модуль, реализующий функцию безопасности. Растущие требования к величинам рабочего тока микроконтроллеров выражает увеличение уровня помех, генерируемых источником питания (вследствие возрастания коммутируемых токов). Поэтому требования, относящиеся к разработке оптимальной концепции подавления высокочастотных электромагнитных помех, также неуклонно возрастают. К сожалению, повышение производительности ИС не способствует хорошей электромагнитной совместимости. На рисунке 2.1.2 показано, как улучшение некоторых важных, с технологической точки зрения, параметров микроконтроллеров соотносится с характеристиками EMC.
Рисунок 2.1.2 Развитие полупроводниковых технологий и их влияние на характеристики EMC.
Таким образом, оптимизированные с точки зрения электромагнитной совместимости схемотехнические решения в настоящее время играют ключевую роль в сфере разработки систем обеспечения безопасности, особенно в области автомобильной электроники. Чем большее количество электронных систем размещается в автомобиле, тем выше оказываются требования к каждой из этих систем с точки зрения минимизации электромагнитного излучения и минимальной чувствительности (восприимчивости) к воздействию электромагнитных помех или, другими словами, максимальной помехоустойчивости.
Итогом анализа схемы на электромагнитную совместимость является:
1. Вся схема является функционально законченной частью, питающейся от постоянного тока ~5мА
2. В цепях переменного тока нет участков схемы с частотой более 20-25МГц, что означает отсутствие существенного влияния паразитной связи на работоспособность схемы.
3. Вероятными источниками небольших помех являются реле К1-К3
Подытоживая всё вышесказанное, следует подчеркнуть, что оптимизация параметров EMC для микроконтроллерных систем должна проводиться как на уровне микросхемы, так и на уровне печатной платы. Существенных проблем с электромагнитной совместимостью не возникают, и стабильная работа схемы сигнализатора не будет нарушена. За исключением реле К1, К2, К3. в элементной базе схемы, которые являются возможными источниками помех в схеме. Прежде чем приступать к оптимизации EMC-характеристик автомобильных электронных систем, необходимо провести целый ряд испытаний на уровне конкретных ИС, отдельных модулей и систем автомобиля, принимая во внимание следующие факторы:
· уровень электромагнитных помех, генерируемых интегральными схемами;
· помехоустойчивость на уровне компонентов (интегральных схем);
· уровень помех, генерируемых отдельными системами и устройствами;
· помехоустойчивость на системном уровне;
· уровень помех, генерируемых при работе автомобильной электроники;
· помехоустойчивость всего электрооборудования автомобиля в целом.
· Обеспечение защиты от электромагнитных помех со стороны моторной части автомобиля.