Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů. Jiří Dřínovský UREL, FEKT, VUT v Brně

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Jiří Dřínovský UREL, FEKT, VUT v Brně

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Galvanická vazba (vazba společnou impedancí) Kapacitní vazba Induktivní vazba Vazba vyzařováním U I r I L R I U r C M E, H l ef U r = R I + L d I dt I r = C du dt U r = M di dt U = E r l ef 2

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Parazitní galvanická vazba (vazba společnou impedancí) a) ve společném napájecím vedení b) ve společném vedení řídicích signálů c) ve společném vícebodovém uzemnění 3

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Parazitní galvanická vazba (vazba společnou impedancí) Galvanická parazitní vazba uzavřenou zemní smyčkou Principy zmenšení rušivého napětí: zvýšení impedance (útlumu) smyčky úplné přerušení smyčky 4

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Parazitní galvanická vazba (vazba společnou impedancí) Rozpojení zemní smyčky 5

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Způsoby potlačení parazitní vazby zemní smyčkou Zapojení Oddělovací transformátor Z VÝST Z VST C Z VÝST C Z VST Poznámka Zemní smyčka je galvanicky rozpojena. Zbytková parazitní vazba existuje pouze na vyšších kmitočtech přes rozptylové kapacity C transformátoru. Vazbu přes rozptylové kapacity C transformátoru lze zmenšit zařazením stínicího bočníku pro rušivý proud mezi primární a sekundární vinutí transformátoru. 6

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Neutralizační transformátor, BALUN n I 1 r1 Z VÝST Z VST I r2 n 2 Feritové kroužky, příp. feritové perličky I r1 Z VÝST Z VST I r2 Závity n 1 a n 2 jsou navinuty na společném toroidním jádru ve stejném smyslu. Magnetické toky signálových proudů se vzájemně kompenzují, magnetické toky rušivých proudů se sečítají. Neutralizační transformátor tak zvyšuje impedanci zemní smyčky pro rušivé signály, aniž zvětší její impedanci pro pracovní signál. Jde vlastně o neutralizační transformátory s jediným závitem. Kroužky účinně zvyšují impedanci zemní smyč-ky hlavně na kmitočtech nad 1 MHz. Pozitivně se zde uplatňuje i vysoká ztrátovost feritu, který pohlcuje vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění na vedení. 7

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Neutralizační transformátor, BALUN n I 1 r1 Z VÝST Z VST I r2 n 2 Feritové kroužky, příp. feritové perličky I r1 Z VÝST Z VST I r2 Závity n 1 a n 2 jsou navinuty na společném toroidním jádru ve stejném smyslu. Magnetické toky signálových proudů se vzájemně kompenzují, magnetické toky rušivých proudů se sečítají. Neutralizační transformátor tak zvyšuje impedanci zemní smyčky pro rušivé signály, aniž zvětší její impedanci pro pracovní signál. Jde vlastně o neutralizační transformátory s jediným závitem. Kroužky účinně zvyšují impedanci zemní smyč-ky hlavně na kmitočtech nad 1 MHz. Pozitivně se zde uplatňuje i vysoká ztrátovost feritu, který pohlcuje vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění na vedení. 8

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Neutralizační transformátor, BALUN n I 1 r1 Z VÝST Z VST I r2 n 2 Feritové kroužky, příp. feritové perličky I r1 Z VÝST Z VST I r2 Závity n 1 a n 2 jsou navinuty na společném toroidním jádru ve stejném smyslu. Magnetické toky signálových proudů se vzájemně kompenzují, magnetické toky rušivých proudů se sečítají. Neutralizační transformátor tak zvyšuje impedanci zemní smyčky pro rušivé signály, aniž zvětší její impedanci pro pracovní signál. Jde vlastně o neutralizační transformátory s jediným závitem. Kroužky účinně zvyšují impedanci zemní smyč-ky hlavně na kmitočtech nad 1 MHz. Pozitivně se zde uplatňuje i vysoká ztrátovost feritu, který pohlcuje vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění na vedení. 9

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Neutralizační transformátor, BALUN n I 1 r1 Z VÝST Z VST I r2 n 2 Feritové kroužky, příp. feritové perličky I r1 Z VÝST Z VST I r2 Závity n 1 a n 2 jsou navinuty na společném toroidním jádru ve stejném smyslu. Magnetické toky signálových proudů se vzájemně kompenzují, magnetické toky rušivých proudů se sečítají. Neutralizační transformátor tak zvyšuje impedanci zemní smyčky pro rušivé signály, aniž zvětší její impedanci pro pracovní signál. Jde vlastně o neutralizační transformátory s jediným závitem. Kroužky účinně zvyšují impedanci zemní smyč-ky hlavně na kmitočtech nad 1 MHz. Pozitivně se zde uplatňuje i vysoká ztrátovost feritu, který pohlcuje vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění na vedení. 10

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Vedení s útlumovým pláštěm Z VÝST Z VST Účinek je stejný jako při použití feritových kroužků. Plášť vedení je vytvořen ze silně ztrátového materiálu (ztrátová pryž, ztrátové dielektrikum apod.) absorbujícího elektromagnetické rušivé signály. Elektromechanické relé Lze použít jen pro přenos binárních signálů. Rozptylová C I r1 kapacita C má hodnotu až 5 pf. Z VÝST I r2 Z VST C 11

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů Zapojení Poznámka Optočlen I r1 Z VÝST I r2 Z VST C C Použití zejména při přenosu číslicových užitečných signálů. Rozptylová kapacita C má hodnotu až 1 pf, napěťová pevnost 0,5 až 10 kv. Optický kabel, optická linka Z VÝST el o pt o pt el Z VST optický kabel Pro analogové i číslicové signály. Velmi odolné vůči elektromagnetickému rušení. 12

Zásady minimalizace vazeb společnou impedancí dostatečně dimenzovat společný zemnicí vodič - zemnicí plochu jednotlivé bloky připojovat k zemnicímu systému přímou cestou masivním vodičem 13

Zásady minimalizace vazeb společnou impedancí neslučovat společný vodič signálových vodičů V1 P1 V1 P1 V2 P2 V2 P2 nevhodné vhodnější nevytvářet společné části napájecích přívodů k jednotlivým blokům P1 P1 = P2 = P2 nevhodné P3 vhodnější P3 14

Zásady minimalizace vazeb společnou impedancí elektronická zařízení různých technologií raději vybavit samostatnými napájecími zdroji = = = = nevhodné vhodnější v možných případech zcela vzájemně galvanicky oddělit např. funkčně související signálové a výkonové obvody jednoho zařízení = = = = nevhodné vhodnější 15

Parazitní kapacitní vazba Kapacitní vazba galvanicky oddělených obvodů Vyvážení kapacitního můstku, např. C 13 C 23 a C 14 C 24 zkroucení obou párů vodičů (vodiče 1 a 2 a rovněž vodiče 3 a 4), příp. aspoň rušeného vedení, tj. vodičů 3 a 4. 16

Parazitní kapacitní vazba Použití oboustranného stínění U r = U 12 1+ C 34 1 C + C 13 34 C 24 C 34 >> C 13 a C 34 >> C 24 17

Parazitní kapacitní vazba Kapacitní vazba mezi obvody se společným (vztažným) vodičem U r max = U 1 C 13 C13 + C 32 18

Parazitní kapacitní vazba C 13 max = U1 C13 + C32 19

Parazitní kapacitní vazba derivační článek u 1 max R32 C13 t Časové průběhy rušicího a kapacitně přeneseného napětí 20

Parazitní kapacitní vazba Zásady zmenšení tohoto druhu parazitní kapacitní vazby Zmenšit parazitní vazební kapacitu C 13 vzdálením obou vodičů 1 a 3, co nejkratší souběžné vedení, příp. zamezení jejich souběžnému vedení, co nejmenší průřezy obou vodičů a co nejmenší hodnota permitivity izolace mezi vodiči, příp. permitivity materiálu desky plošného spoje. Co největší kapacita C 32, která na vstupu ovlivňovaného obvodu omezuje velikost přeneseného rušivého napětí (např. těsným přiblížením či zkroucením vodiče 3 se vztažným vodičem 2. u 1 max R32 C13 t = C 13 max U1 C13 + 21 C 32

Parazitní kapacitní vazba Zásady zmenšení tohoto druhu parazitní kapacitní vazby Nízko ohmové impedanční poměry v navázaném (ovlivňovaném) obvodu, tedy hodnotu R 32 udržovat minimální. Rychlost časových změn všech napětí (signálů) v obvodu u / t omezit na minimální možnou hodnotu, postačující ke správné činnosti daného obvodu. u 1 max R32 C13 t 22

Parazitní kapacitní vazba Zásady zmenšení tohoto druhu parazitní kapacitní vazby Vzájemně elektricky odstínit oba ovlivňující se vodiče buď stíněním vodiče 3, nebo zavedením pomocného stínicího spoje s nulovým potenciálem na desce plošného spoje mezi vodiče 1 a 3. 23

Parazitní kapacitní vazba Kapacitní vazba vůči zemi vyvolaná velkou kapacitou např. přívodů obvodu vůči společné zemi V P Z V Ir1 C 2 Z P C 1 I r2 24

Parazitní kapacitní vazba Kapacitní vazba vůči zemi vyvolaná velkou kapacitou např. přívodů obvodu vůči společné zemi V P Z V Z P C I r 25

Parazitní induktivní vazba 26 maximální vzájemná vzdálenost r obou obvodů; minimální velikost proudové smyčky S rušeného obvodu (obvodu přijímače) minimální délka souběžně probíhajících vodičů obou obvodů minimální rychlost časových změn všech proudů (signálů) v obvodu I / t. t H S μ t B S t Φ t Φ U = = = 0 r d d r I H 2π = t I r S μ U 2π 0 r

Parazitní induktivní vazba Způsoby omezení induktivní vazby a) omezení induktivní vazby pomocí závitu K nakrátko; b) kompenzace induktivní vazby zkroucením vodičů obvodu přijímače; c) minimalizace vazby kolmým natočením vazebních smyček; d) minimalizace vazby stíněním obvodu přijímače. 27

Parazitní induktivní vazba Omezení parazitních kapacitních a induktivních vazeb mezi souběžnými kabely separátní vedení kabelů ve stíněných sekcích 28

Parazitní vazba vyzařováním E x 0,3 P x [V/m, kw, km] U r = E x l ef Účinná ochrana elektromagnetické stínění 29