Расчет помехоустойчивости функционирования изделия ЭС

Для обеспечения надежности функционирования электрических схем актуальным является определение параметров линий связи печатных проводников и степени влияния их друг на друга.

Для оценки помехоустойчивости изделия ЭВС на печатной плате определяют емкостную и индуктивную составляющие паразитной связи, которые зависят соответственно от паразитной емкости между печатными проводниками и паразитной взаимоиндукции между ними. Исходными данными для расчета помехоустойчивости от влияния перекрестных помех между соседними проводниками могут быть (эквивалентная схема возникновения помех рисунок 4):

 

Рис 4 – Эквивалентная схема

 

— напряжение на входе активной линии связи, Е=Е₀е^jwt;

— w – круговая частота генератора;

— R₁, R₂, R₃ – сопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях связи; тип электрических соединений;

— e_г – относительная диэлектрическая проницаемость связи между проводниками связи;

— S, b - расстояние между проводниками и ширина проводников соответственно, в зависимости от класса точности изготовления печатной платы (b; S≥0,6 мм; ≥0,45 мм; ≥0,25 мм; ≥0,15 мм соответственно для 1, 2, 3, 4 классов точности)

— l - максимальная длина области взаимной связи проводников (см. рисунок 5);

 

Рис. 5 - Взаимное расположение печатных проводников

 

— N_n - помехоустойчивость микросхем или транзисторов.

Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенными на наружных слоях платы покрытой лаком, e_r=0,5(e_п+e_л),

где e_п и e_л - диэлектрические проницаемости материала печатной платы и лака (для стеклотекстолита e_п = 6, для лаков УР-23 (и ЭП9114) e_л =4

Выбираем на плате наиболее протяженный участок проводников расположенных параллельно друг другу, на минимальном расстоянии. Считаем паразитные параметры для этого участка т.к. для него они будут максимальными. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3:

 

Таблица 3.

Параметры печатных проводников
S, мм	li, мм	ti, мм	L0, мм
0,4	40	0,4	0,8

 

S – расстояние между краями соседних проводников;

l₁ – длина взаимного перекрытия проводников;

t_l – ширина печатных проводников;

L_o – расстояние между центрами двух соседних проводников.

Расчёт паразитной ёмкости:

Паразитную емкость между двумя печатными проводниками можно определить по формуле:

 

, (6.1)

 

где С_пог – погонная емкость между двумя проводниками печатного рисунка, определяется по формуле:

 

, (6.2)

 

где К_n – коэффициент пропорциональности, зависит от S₁/t₁ или Н_м/t₁ и

выбирается по графику в соответствии ОСT 4.ГО 010.009–88 (0,12 пФ/см);

е_r – диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, определяется по формуле:

 

, (6.3)

 

где e_n , e_л – диэлектрические проницаемости соответственно материала диэлектрика платы и лака покрытия печатной платы (e_n=6 для стеклотекстолита, e_л =4 для лака типа УР-213 и ЭП Э114).

Подставляя численные значения в формулы 6.1 – 6.3, получим:

 

;

(пФ/см);

(пФ).

Расчёт паразитной взаимоиндукции и индуктивности:

Паразитная взаимоиндукция между печатными проводниками М, нГн, определяется по формуле:

 

; (6.4)

(нГн).

 

Индуктивность печатного проводника L₁, мкГн, определяется по формуле:

 

, (6.5)

 

где L_пог – погонная индуктивность печатного проводника, мкГн/см, определяется по графику в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.089–88 (L_пог=0,015 мкГн/см).

 

(мкГн);

Сопротивление изоляции между проводниками линий связи. Для проводников, расположенных на одной поверхности печатной платы:

Определение сопротивления изоляции печатных цепей, расположенных на поверхности печатной платы, можно произвести по формуле:

 

R_N=r_0* S/l ,

 

где r₀- удельное поверхностное сопротивление основания печатной платы (для печатной платы из стеклотекстолита r₀= 5*10¹⁰ Ом)

 

R_N=5*10¹⁰*0,4/40=5 ГОм.

Определяем действующее напряжение помехи на сопротивлениях R₂ и R₃: При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входное сопротивление микросхем. Расчет можно провести по выражению:

 

,

 

В состоянии логической "1", помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому, рассмотрим случай, когда на входе микросхемы логический "0".

1. Тип KP1157EH602А

=1,5В, =1*10^-3 мА, =0,9В, =0,22 мА.

Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

 

= / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

 

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для KP1157EH602А U_п=0,9 В.

Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

2. Тип К561ТЛ1

=1,5В, =1*10^-3 мА, =0,9В, =0,22 мА.

Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

 

= / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

 

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для LM358N U_п=3 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

3. Тип К561ИЕ11

=1,5В, =1*10^-3 мА, =0,9В, =0,22 мА.

Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

 

= / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

 

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для ATmega8 U_п=4,5 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

4. Тип КР1040УД1

=1,5В, =1*10^-3 мА, =0,9В, =0,22 мА.

Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

 

= / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

 

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К155ИД3 U_п=0,9 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы

Вывод: Напряжение помехи схемы не превышает данной для этого типа микросхем помехоустойчивости микросхем, помехи не будут влиять на функционирование устройства при рассчитанных параметрах. Помехоустойчивость микросхем серии К155 превышает рассчитанное напряжение помехи.