Устранение проблем с электромагнитными помехами, вызванных структурными резонансами

Случалось ли это с вами? При устранении проблемы с электромагнитными помехами (EMI) вы пробовали различные комбинации компонентов и наблюдали снижение интересующего сигнала. Но другой частотный сигнал неожиданно поднялся выше предельной линии. Или вы ввели плоскость шасси на свою печатную плату только для того, чтобы обнаружить, что излучение стало намного хуже, а не улучшилось. Это типичные случаи «настройки резонансов контура».

Большая часть выбросов электромагнитных помех связана со структурными резонансами. Структурные резонансы также являются одной из основных причин того, что электромагнитная совместимость (ЭМС) может вызывать недоумение. Сам того не зная, инженеры часто тратят дни и месяцы на настройку резонансов схемы, добавляя пассивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы. Иногда им везет, и они наконец получают комбинацию, которая дает им пас. Но в большинстве случаев решения найти сложно.

Огромный объем работы был проделан по теме структурных резонансов, и обзор этих работ можно найти в Ссылке 1. В Справке 1 также представлены два практических примера, демонстрирующих методы выявления, локализации и устранения проблем, связанных с электромагнитными помехами. связаны со структурными резонансами.

Разработка ЭМС часто требует решения проблем (но не их изучения) в течение ограниченного времени. Поэтому приветствуются методы, которые эффективны, но также экономят время. Существуют индикаторы, которые сигнализируют о наличии структурных резонансов, и инженеры могут научиться использовать эти индикаторы для обнаружения резонансной структуры и устранения проблем с электромагнитными помехами. В этой статье также рассматриваются некоторые практические методы устранения проблем с электромагнитными помехами, вызванных структурными резонансами. Для иллюстрации этих методов представлены тематические исследования.

Для того чтобы конструкция резонировала, необходимо соблюдение следующих условий:

Рисунок 1: Типичные случаи структурных резонансов; (а) Две печатные платы с проводным соединением; (б) Два шкафа с одной и той же точкой заземления.

Вообще говоря, существует три метода обнаружения структурных резонансов, которые включают аналитический, частотный и временной.

Аналитический подход обычно требует опыта и технических знаний для моделирования системы. Для небольших систем с известными проблемами, таких как тематическое исследование, представленное в ссылке 1, простых математических расчетов часто бывает достаточно, чтобы оценить резонансную частоту тестируемого устройства (ИУ). Часто аналитический подход достигается либо с помощью полноволнового трехмерного моделирования, либо с помощью специального программного обеспечения EMC.

Преимущество аналитического подхода заключается в том, что он позволяет сделать прогноз еще до того, как будет создан прототип, что делает этот подход популярным при проектировании и разработке автомобильной, аэрокосмической и космической техники. Часто такие компании имеют имитационные модели, проверенные в прошлом и которые можно легко модифицировать для нового исследования. Но для компаний, у которых нет существующих моделей, создание симуляции может оказаться дорогостоящим и длительным процессом.

В частотной области существует два основных метода. Измерение отраженной мощности с помощью петли магнитного поля обсуждается в ссылке 2, и тот же метод был продемонстрирован в ссылке 1. Этот метод требует небольшой петли магнитного поля для «обнаружения» подозрительных структур, часто на уровне платы ПК. Уильямс представил измерение в дальней зоне с использованием анализатора спектра со следящим генератором (см. ссылку 3). Опорный сигнал подается в ИУ через выход следящего генератора, а для измерения ответного сигнала используется антенна. Этот метод особенно полезен в приложениях, где земля печатной платы резонирует с корпусом (корпусом). Оба метода практичны и требуют лишь небольшой настройки тестирования. Недостатком этих методов является то, что они часто ограничиваются исследованием печатной платы и бесполезны в больших системах.

Во временной области часто используется измерение резонансного тока с помощью датчика контроля радиочастотного тока при подаче импульса в систему (см. ссылку 4). Это служит эффективным методом устранения неполадок в больших системах или в случаях, когда несколько печатных плат соединены между собой.