Электромагнитные помехи (EMI) — это головная боль, но зачастую неизбежная проблема во многих конструкциях систем. Эта проблема повсеместна и чрезвычайно опасна, и ее последствия будут становиться более серьезными по мере увеличения рабочей частоты. ЭМП могут излучаться по воздуху, передаваться по сигнальным и силовым линиям, вводиться в цепи или использоваться в качестве антенн для повторного излучения.
Если продукт генерирует или излучает электромагнитные помехи (т. е. «источник помех»), он может мешать нормальной работе близлежащих систем, не пройти проверку на соответствие и его запуск может быть запрещен. Напротив, если продукт играет противоположную роль и становится преднамеренным или непреднамеренным получателем электромагнитных помех (т. е. «нарушенным объектом»), он может испытывать необъяснимые периодические неисправности, сбои и нестабильную работу.
Влияние этих проблем весьма разнообразно: от немного комичных, как мой беспроводной велосипедный спидометр, до потенциально опасных для жизни ситуаций, таких как самолеты или больницы, и вызывающих огромные потери на производственных линиях. Мой спидометр работает в частотном диапазоне 432 МГц, и по какой-то причине на 100-метровом участке дороги между удаленным домом и близлежащими путями Amtrak (с воздушной линией 20 кВ над путями) показания постоянно показывают скорость от 65 до 85 миль в час.
Как минимизировать влияние EMI
Уменьшение или устранение источников электромагнитных помех и их последствий может быть как простым, так и сложным. Основные шаги включают достаточное заземление, комплексное экранирование, разумный обход и, конечно же, использование фильтров. Помимо этих шагов обычно существует «принцип Парето»: устранение 80% помех требует лишь 20% усилий, тогда как устранение оставшихся 20% помех может потребовать 80% усилий.
Любой зазор в корпусе, например зазор, необходимый для вилок и розеток разъемов, подобен двери, которая позволяет энергии электромагнитных помех проходить в обоих направлениях. Однако если электромагнитные помехи вызваны только излучаемой энергией, проблему могут решить экранированные разъемы.
Десятилетия назад люди начали решать эту проблему, первоначально используя коаксиальные кабели и классические разъемы типа «мама» и «папа» SO-239 и PL-259, а также разъемы серии BNC. Однако эти полностью экранированные радиочастотные разъемы могут поддерживать только один сигнал каждый и не подходят для использования с источниками питания постоянного тока и нерадиочастотными сигналами.
Хорошая альтернатива — «вернуться в будущее», используя тип разъема, который когда-то доминировал в каналах связи и других интерфейсах: сверхмалый разъем (D-Sub) типа D, производимый такими компаниями, как Molex (рис. 1). До появления USB и параллельных портов инженеры и многие потребители использовали эту 9-контактную версию разъема (известную как DB-9) в качестве устройства межсоединения для последовательного протокола RS-232.
Рис. 1. Широко используемые и надежные разъемы и адаптеры D-sub с несколькими номерами контактов, электрическими характеристиками, шириной полосы фильтрации электромагнитных помех и методами физического подключения; Пи-фильтры могут решить проблему кондуктивных электромагнитных помех. (Источник изображения: Molex)
USB и Ethernet в значительной степени заменили RS-232, поэтому этот протокол сейчас в основном присутствует в устаревших системах и редко используется в новых разработках; Однако разъем D-sub сохранился. Есть много причин, почему этот тип разъема долговечен:
Бесшовная конструкция «металл по металлу» обеспечивает 100% экранирование проводов.
Механическая конструкция прочная и долговечная, ее можно надежно зафиксировать между парными разъемами с помощью штифтов и винтов.
На выбор доступно несколько версий, включая 9-контактный, 15-контактный, 25-контактный, 37-контактный и 50-контактный.
Предоставьте несколько методов подключения, включая чашки для пайки и контакты печатной платы (PCB) прямой вставки или под прямым углом.
Когда одной блокировки недостаточно для решения проблемы
Экранирование разъемов D-sub решает проблему излучаемой энергии электромагнитных помех, но не может решить проблему кондуктивных электромагнитных помех. Поэтому высокопроизводительный адаптер D-sub Pi и серия разъемов Molex для фильтрации электромагнитных помех (см. также рис. 1) стали привлекательным решением.
В контакты этих разъемов встроены фильтры электромагнитных помех, поэтому нет необходимости занимать дополнительное пространство или добавлять компоненты на печатную плату. Заземляющий провод и изолированный провод расположены в одном разъеме, что дополнительно экономит место. Они предлагают различные механические конструкции и типы клемм для удовлетворения проектных требований.
Встроенный фильтр может предотвратить прохождение кондуктивных электромагнитных помех через разъем, тем самым уменьшая электромагнитные помехи в критических сценариях, таких как управление двигателем самолета, бортовая радиосвязь, оборудование обработки изображений, оборудование обработки и многие другие сценарии применения.
Основные характеристики адаптера и разъема включают в себя:
Структура: встроенный корпус, отлитый под давлением, и полностью сварная внутренняя конструкция улучшают механические и электрические характеристики, предотвращая сбои в работе в условиях высокой вибрации. Эти разъемы соответствуют стандарту M24308 (MIL-DTL-24308). Его полиэфирная оболочка, наполненная стекловолокном, также соответствует стандарту огнестойкости UL 94 V-0.
Электрическая стойкость: эти разъемы могут выдерживать удары молнии до DO-160 уровня IV и переходные условия окружающей среды переменного тока в соответствии со стандартом тестирования бортового оборудования.
Электрическая фильтрация. Используя трехэлементную конфигурацию Pi (конденсатор, катушка индуктивности и конденсатор), фильтр может поглощать высокочастотный шум из силовых и сигнальных линий. Его крутой наклон затухания помогает подавить широкополосные электромагнитные помехи.
Вводные конденсаторы: Чтобы предотвратить ненужную передачу сигнала в точке соединения, входящие конденсаторы обеспечивают путь заземления с низким импедансом. Эти конденсаторы могут эффективно снижать кондуктивное излучение, особенно в экранированных корпусах, где традиционные конденсаторы работают плохо.
Индуктивные компоненты (ферритовые, тороидальные катушки). Эти компоненты поглощают высокочастотную энергию и рассеивают ее в виде тепла, сводя к минимуму случайное соединение.
Частоту среза фильтрации электромагнитных помех может выбрать пользователь, поскольку эти разъемы обеспечивают широкий диапазон значений емкости, соответствующий широкому диапазону частот среза и связанных с ними вносимых потерь (рис. 2).