Конструктивные методы борьбы с помехами

Влияние помех на работу электронных устройств можно снизить, если размещение элементов и устройств, их электрические связи выполнять с учетом возможного воздействия помех. Исходя из этого, при разработке конструкции электронной аппаратуры придерживаются следующих правил:

• чувствительные схемы располагают поблизости от источников полезных сигналов;
• мощные схемы, являющиеся источниками помех, располагают вблизи нагрузок;
• маломощные и мощные схемы располагают как можно дальше друг от друга;
• стремятся обеспечить как можно более короткие линии связи и контуры тока.

Устройства, входящие в аппаратуру, группируют в подсистемы в соответствии с тем, являются ли они источниками помех, или насколько велика их чувствительность к помехам. В соответствии с этим в сложной электронной системе выделяют несколько подсистем. В большинстве систем выделяют аналоговые подсистемы, как наиболее чувствительные к помехам, цифровые подсистемы, имеющие умеренную чувствительность к помехам, а также источники питания и подсистемы, содержащие электромагнитные приборы и переключатели. Высокочастотные и низкочастотные схемы также выделяют в разные подсистемы. Каждая подсистема должна быть как можно более компактной и снабжена собственными средствами подачи питания и заземления. Проводники в подсистемах должны быть как можно более короткими и иметь низкий импеданс, а контуры прохождения тока — минимальными.

При монтаже трансформаторов, соленоидов и других электромагнитных устройств обеспечивают взаимную перпендикулярность направлений их магнитных полей.

Группирование устройств, выполненных на цифровых ИМС, имеет некоторые особенности. В цифровых устройствах неизбежно возникают скачки тока в цепях питания, так как в состоянии логического нуля и логической единицы потребление логических элементов может резко отличаться. В связи с этим одновременное изменение состояния множества логических элементов приводит к появлению таких скачков в цепях питания.

При конструировании цифровых устройств, рассмотренных в главах 3, 4, придерживаются следующих рекомендаций.

1. Цепи, потребляющие большой ток, питают от отдельного источника. В этом случае переменные составляющие тока питания не проникают в шины, подводящие питание к маломощным логическим схемам.

2. Особое внимание уделяют расположению и длине печатных проводников. Это связано с тем, что скачки тока в одном печатном проводнике через паразитные индуктивные и емкостные связи наводят всплески напряжения на других участках схемы. Поэтому при использовании многослойных печатных плат направления трассировки проводников в соседних слоях делают взаимно перпендикулярными.

3. Свободные, неиспользованные логические входы ИМС подключают к уровню либо логической единицы, либо логического нуля. В противном случае они могут вызвать ложные срабатывания вследствие всплесков напряжения в цепях питания.

4. В цепях питания цифровых ИМС обязательно устанавливаются фильтрующие конденсаторы. При этом для отдельных особо важных ИМС, например микропроцессорных БИС, устанавливают индивидуальные фильтрующие конденсаторы, а для прочих — один конденсатор на несколько ИМС.

Еще одним важным конструктивным приемом повышения помехоустойчивости электронной аппаратуры является правильная разводка шины «земля» и шины «общий» (корпус). Проводник «общий» — это силовая цепь, соответствующая одному из полюсов источника питания. Через этот проводник на полюс источника питания замыкается весь ток нагрузки. Шина «земля» не должна использоваться для передачи мощности, а только для заземления. В электронной аппаратуре эти цепи должны иметь соединение только в одной точке системы. Соединение еще хотя бы в одной точке приводит к образованию замкнутого контура, являющегося источником помех для работы различных устройств и системы в целом.