Защита РЭА от воздействия помех

Прочность конструкторских элементов.

Механическая прочность элементов конструкции проверяют методом сопротивления материалов и упругости для конструкции с мешающей и распределённой нагрузкой.

При расчётах сложную деталь заменяют её упрощённой моделью в форме балки, пластины, рамы.

Для увеличения прочности конструкции отдельных элементов, вводят дополнительные крепления: рёбра, рельефы, жёсткости, отбортовки, выдавки и используются материалы с высокими демпфирующими свойствами. Для увеличения жёсткости производят приклеивание компонентов к плате, что значительно улучшает надёжность паяных соединений. Защитное лаковое покрытие толщиной 0,1 – 0,25мм жёстко фиксирует компоненты и увеличивает надёжность РЭА.

Механическая напряжённость на паяные соединения от воздействия вибраций можно уменьшить увеличением результирующих частот, что позволяет уменьшить прогиб платы, увеличением диаметра контактных площадок подгибом и укладыванием выводов элементов на контактную площадку.

Фиксация крепёжных элементов при воздействии вибраций возможна отвинчиванием крепежа элементов, для предотвращения которого вводятся фиксаторы, увеличивают силу трения, устанавливают крепёж на краску. При выборе методов фиксации крепёжных элементов должны учитываться:

· Обеспечение прочности соединений при заданных нагрузках и климатических воздействиях;

· Быстрота выполнения соединений;

· Стойкость соединений;

· Последствия, к которым приводят отказ соединений;

· Срок службы.

Следует принимать во внимание возможность замены износившихся или повреждённых деталей, использовать вместо винтовых пар быстросоединительные элементы: петли, зацепки и т.д.

Болты д.б. ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказались на установочном месте.

Рекомендуется применять несколько больших деталей вместо большого числа маленьких, число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта д.б. не менее 10.

Надёжность и достоверность работы РЭА зависит от их помехозащищённости по отношению к внешним и внутренним случайным и регулярным помехам.

Природа помех.

Помехой для РЭА является внешнее или внутреннее воздействие, приводящее к искажению аналоговой или дискретной информации во время её хранения, преобразования, обработки, передачи.

Помеха – предусмотренный при проектировании РЭА сигнал, способный нарушить её функционирование. Помехами м.б. напряжение, ток, электрические заряды, напряжённость поля и др. Источники помех подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние помехи возникают внутри рабочей РЭА. Это помехи от блоков питания и токоразводящих цепей. Источниками магнитных помех являются трансформаторы и дроссели. Значительные помехи создают электромагниты, электродвигатели, реле и электро-механические устройства. Внутренними являются помехи от рассогласования волновых сопротивлений линий связи, а т.ж. помехи, возникающие по земляным шинам.

Под внешними понимаются помехи сети электропитания, сварочных аппаратов, щёточных двигателей передающей РЭА. Помехи, вызванные разрядами стихии и атмосферными явлениями. Приёмниками помех являются высокочувствительные усилители, линии связи, магнитные элементы. Помехи проникают в РЭА непосредственно по проводам или проводникам (гальваническая помеха), через электрические (емкостная помеха), магнитное (индуктивная помеха) или электро-магнитное поле.

Гальваническая связь возникает в результате протекания токов и токов сопротивленийна электрических соединениях общих по цепям питания. Поэтому проводники д.б. по-возможности короткие, а их поперечное сечение возможно большим.

Радикальным способом устранения гальванической помехи является устранение цепи, по которой проходят совместные ток питания и земля.

Основные причины искажения сигналов:

1. Отражение от несогласованных нагрузок от различных неоднородностей в линиях связи;

2. Ухудшение фронтов и задержки, возникающие при включении нагрузок с реактивными составляющими;

3. Задержки в линии, вызванные конечной скоростью распространения сигнала;

4. Перекрёстные помехи;

5. Паразитная связь между элементами через цепи питания и заземления;

6. Наводки от внешних электромагнитных полей.

Способы уменьшения помех электрическое объединение логических и других элементов связями двух видов: сигнальными и цепями питания. По сигнальным связям информация передаётся в виде импульсов напряжения и тока. Шины питания служат для подведения питания к элементам от низковольтных источников постоянного напряжения.

Помехи в сигнальных проводниках.

Связь между элементами РЭА выполняется различными способами для медленных устройств (НЧ устройств) печатные или навесные проводники.

Повышенная скорость – печатные полосковые линии или витые пары бифиляров.

При группировке элементов по узлам и блокам преобразуются в электрические короткие и электрические длинные. Электрически короткой линией связи называют линию связи, время распространения в которой много меньше переднего фронта передаваемого по линии импульса. Сигнал, отражённый от несогласованных нагрузок в этой линии связи достигает источника раньше, чем успеет измениться входной импульс. Свойства линии описываются сосредоточенной ёмкостью, индуктивностью и сопротивлением.

Электрически длинные линии характеризуются временем распространения сигнала много большего фронта импульса и искажает его форму. Такие линии рассматриваются как линии с распределёнными параметрами.

Помехи в корректирующих цепях связи.

В зависимости от геометрических размеров сечений, длины, изоляционных и диэлектрических свойств материала имеет разные сосредоточенные параметры. Для уменьшения задержки в линиях с индуктивным характером связи следует увеличение входного сопротивления элемента Э2 при емкостном характере уменьшение выходного сопротивления элемента Э1.

Помехи при соединении элементов длинными связями.

Электрически длинная линия связи рассматривается с распределённой С₀ и L₀. Переходные процессы в такой линии зависят от характера перепада Uвх на входе линии и соотношения волнового сопротивления линии Z₀, выходного сопротивления Zr генератора импульсов и входным сопротивлением Zн, нагруженного на конец линии.

Если линия с волновым сопротивлением Z₀ нагружена на Zн и Z₀=Zн, то такую линию называют согласованной. Если Z₀≠Zн – несогласованной.

При этом волна напряжения, достигнув конца линии, отражается от него. Отражённая волна, достигнув начала линии, затухает, если Zr=Z₀ и вновь отражается, если Zr≠Z₀.

Паразитные наводки в длинных линиях связи. Если линии связи между элементами неэкранированные, то электромагнитные поля взаимодействуют между собой.

Методы разводки длинных линий связи. Существует 3 способа:

1. Радикальный;

2. С промежуточными отводами;

3. Комбинированный.

При радикальном способе каждую интегральную схему нагрузки подключают к источнику сигнала индивидуальной связью.

Наводки по цепям питания, методы их уменьшения.

При использовании 1 источника напряжения питания к элементам подводится с помощью двух проводников: прямого и обратного.

Часто на элементы необходимо подавать напряжение от нескольких источников с разными номиналами. В этом случае шины питания объединяют в одну шину, которую соединяют с корпусом изделия и называют шиной-земля. В статическом состоянии протекают стационарные токи. При работе блоков устройств РЭА происходит выключение одних элементов и включение других. Ток потребления по шинам питания изменяется, что приводит к уменьшению напряжения и паразитным наводкам, т.е. возникают помехи. При определённых условиях эти помехи могут вызвать ложные срабатывания схем и кроме того изменение тока в шине питания приводит к возникновению переходного процесса.

Для уменьшения наводок, связанных с уменьшением напряжения на шинах питания земля используют различные методы.

Применение индивидуальных сглаживающих конденсаторов (ИСК) устанавливают между шинами питания и земля непосредственно между точкой присоединения устройств к этим сигналам.

ИСК является как бы индивидуальным источником питания схемы, так приближённым к ней физически. В РЭА используют 2 вида ИСК, устанавливаемой непосредственно у каждой ИМС и на группу ИМС в пределах ячейки модуля.

Первый тип ИСК предназначен для сглаживания импульсных помех в момент переключения ИМС за счёт локализации протекания в цепи бросков тока цепи ИМС ИСК. В качестве таких ИСК применяются ёмкости, обладающие малой собственной индуктивностью – керамические.Ёмкость ИСК выбирают исходя из условий равенства заряда, накапливаемого ёмкостью за время переключения ИМС. Заряду, переносимому выбросом тока за время переключения элемента di/dt*10^-6.

Второй тип ИСК устанавливается на группу ИМС и предназначен для компенсации бросков тока в системе электропитания. Это обычно электролитические конденсаторы большой ёмкости, обеспечивающие исключение резонансных явлений в цепях питания.

Уменьшение общих участков протекания токов элементов по шинам питания.

Этот период заключается в установке дополнительных перемычек в шинах питания и земля, которые уменьшают длину общих участков протекания токов элементов.

Помехоподавляющие фильтры – эффективный метод ослабления помех по сетям питания. Фильтры характеризуются частотой среза и коэффициентом фильтрации. Сетевые фильтры предназначены передавать на выход (в прибор) только сетевое напряжение и подавлять помехи от источника электропитания.

Использование металлического листа в качестве земли.

Этот метод применим для элементов второго уровня конструктивной иерархии РЭА заключается в том, что к листу припаиваются все обратные провода от всех потребителей питания.