Comprensión de la naturaleza del problema RS. La protección de las conexiones analógicas con el mundo exterior

Una versión similar de este artículo apareció el 12 de noviembre de 2011 en la versión digital de EE Times, la revista.

 

Azul-verde moho del pan se ha utilizado durante cientos de años para tratar las infecciones. Luego, en 1932, Alexander Fleming reconoció el efecto antibiótico de la penicilina y el nombre de drogas. Él no fue el primero en descubrir el valor terapéutico, pero comenzó una cadena de acontecimientos que llevaron a la comercialización y la producción en masa de la penicilina en la década de 1940. Literalmente millones de vidas han sido salvadas por "purificar el moho del pan". ¹

¿Con qué frecuencia el hombre ha querido tomar un medicamento y aplicarlo como una cura para el otro problema?Más a menudo de lo que probablemente se dan cuenta. Mientras que la penicilina ha sido una panacea para los seres humanos, no funciona para la susceptibilidad de radio (RS). Para este problema, debemos recurrir a las leyes de la física, que no nos enseñan cómo controlar la susceptibilidad a la interferencia de radio.

Comprensión de la naturaleza del problema RS

Según Sayre, ² susceptibilidad es "la facilidad con que un dispositivo electrónico que se ve afectada por el campo electromagnético de otro dispositivo." En términos comunes, un campo electromagnético es una señal de radio.interferencia electromagnética (EMI) y de interferencia de radio frecuencia (RFI) están relacionados y muchas veces se usan indistintamente.

"Circuitos integrados digitales son inmunes a la RFI, ¿por qué no son circuitos integrados analógicos?" le pregunta a un ingeniero digital. CI digitales son afectados por RFI, pero no obvio. De hecho, el digital es análogo con los umbrales. ³ Una vez que el nivel de la señal digital es mayor o menor que los dos umbrales, de bajo nivel RFI puede ser ignorado en la mayoría de los casos. Sin embargo, que no siempre es cierto, porque el borde fluctuación es causada por la interferencia en las transiciones. La mayoría de dispositivos digitales están protegidos a nivel del sistema. Por lo tanto, no es económico para duplicar o triplicar el costo de una puerta lógica digital para agregar la protección de RFI, sobre todo cuando la mayoría de los clientes no lo necesitan.

RS es una especificación del sistema de radio principalmente para circuitos integrados (IC), con algunas excepciones. La mayoría de estos circuitos en la mayoría de los sistemas están aislados del mundo exterior por el caso (blindaje) fuente de alimentación de las redes de desacoplamiento, los filtros de la línea de alimentación y circuitos de aislamiento. Hay dos excepciones a esta norma: los dispositivos de radio que están directamente conectados a las antenas y otros dispositivos conectados a la entrada del sistema y los puertos de salida. Ed Hace ⁴discute los problemas de interferencias con los dispositivos de consumo, televisión por cable , televisores, videograbadoras, teléfonos y otros sistemas de audio de los aficionados entusiastas de la radio (HAM) posibles. El capítulo 17 de su libro simplifica las regulaciones de EE.UU. y las normas de RFI, y en el Apéndice C reimpresiones de la FCC para la interferencia Home Entertainment Equipo Manual .

La interferencia de Entretenimiento en Casa Equipos Manual ya no está disponible en la página web de la FCC. Es, sin embargo, en la radio estadounidense relé sitio de la Liga. ⁵ Sus fotos muestran la interferencia con entrada analógica ( NTSC ) televisores. La corriente de alta definición o señales digitales (ATSC) en los EE.UU. tienen un efecto acantilado en el que la interferencia se tiene en cuenta, hasta cierto punto, debido al procesamiento digital y corrección de errores. En concreto, un ligero descenso en el nivel de la señal o el aumento en los resultados de la interferencia en una pérdida completa de la señal como la corrección de errores se siente abrumado (el efecto acantilado). Cuando la derecha en este borde del acantilado, las imágenes se puede dividir en bloques o en rayas y congelan el movimiento se puede. El audio también aparecen y desaparecen.

Agregando costo y la complejidad para obtener la protección de RS para las piezas internas del sistema no es rentable. Esta es, pues, lleva a otra pregunta. ¿Por qué los circuitos integrados analógicos protegida contradescargas electrostáticas (ESD)?

La protección de las conexiones analógicas con el mundo exterior

EDS requiere dos niveles de protección diferentes: EDS dentro de la IC se protege durante la manipulación y el montaje; a nivel de sistema EDS se encuentra en la entrada / salida (IO) los puertos, es más robusto, y requiere de dispositivos discretos que no caben dentro de la IC.

Las conexiones del sistema con el mundo exterior es donde RS es más importante. Ejemplos típicos son los de alimentación de CA, donde entra en la caja del sistema o cuando las señales de entrar en un dispositivo como la antena de televisión, antena parabólica, o Ethernet por cable. La siguiente preocupación es los puntos de salida de cables como de audio y video y conexiones de red.

Conexiones de alimentación (Emisiones conducidas)

En el punto de entrada AC-líneas de alta tensión es un bloque de filtro de paso bajo. Esto protege el sistema contra cualquier RFI que entra a partir de fuentes externas. Dado que el filtro es recíproco, sino que también evita que las señales del sistema y las fuentes de alimentación de conmutación de propagación a cabo en la red eléctrica de CA.Este filtro es pasivo, hecho de modo común bobinas (inductores) y capacitores. Un esquema típico de un Corcom ® filtro de la energía se muestra en la Figura 1 .

Figura 1. De modo común ahogarse powerline filtro.

Entrada y salida de Protección RFI (Emisiones conducidas)

Corcom también hace que otros módulos de filtro de voltaje de CC, conectores RJ-11 (teléfono) y RJ-45 (Ethernet).Estos módulos de prevención de intrusos RFI en la caja del sistema, y ​​atenuar cualquier señal espuria generada en el sistema de salida del recinto. Los puntos de entrada y salida son generalmente protegidos con filtros de paso bajo a partir de componentes pasivos. Se hace una excepción para las señales de radio y televisión de frecuencia de radio que están protegidos por los filtros de paso de banda. En efecto, las señales de los dos menores y mayores que las frecuencias de radio deseada se bloquean.

EMI y Emisiones radiadas (RFI)

Señales radiadas van y vienen por el lado de un contenedor del sistema. Las cajas de plástico son comunes porque son baratos, se pueden hacer en forma convincente, y proteger de los peligros de choque eléctrico. Sin embargo, EMI y RFI se propagan directamente a través del plástico. Como resultado, blindaje adicional debe contar con taquetes metálicos ⁶ o capas conductoras dentro de la caja. Recubrimientos conductores y el metal de hoja de luz proporcionar una protección electrostática, mientras que los escudos imán requieren de materiales más pesados ​​magnético. ⁷ En este contexto, placa de circuito impreso ( PCB ), el diseño y la puesta a tierra son críticas, ⁸ al igual que CC y el desacoplamiento. ⁹

RS en los semiconductores y circuitos integrados

La forma más sencilla de semiconductores es un diodo, un pequeño de un solo sentido cambiar . Figura 2 . muestra una radio de cristal, un diseño bastante común a partir de la década de 1930 ¹⁰ En la parte superior es una antena y en la parte inferior es un terreno, no hay ajuste previsto para elegir entre las estaciones. En aquellos días, no sólo no eran muchas estaciones de todo y la más cercana y más fuerte redujeron a los otros. El diodo rectifica la RF, la conversión en energía de audio que los auriculares de alta impedancia convertido en el sonido.

Figura 2. Cristal esquemática de radio.

Fue el diodo susceptibles a la señal de radio? Sí de hecho y que es el punto de incluirlo aquí. Figura 3 es el circuito más comunes que se encuentran dentro de circuitos integrados modernos. Este circuito gestiona la EDS mediante el uso de diodos en la estructura de EDS. Como en el caso de la radio de cristal, el diodo de ESD también puede demodular una señal de radio. Por lo tanto, es necesario tomar medidas para proteger a los diodos de la EDS de las señales de radio.

Figura 3. Este esquema de un circuito de radio moderna, con protección ESD.

¿Qué pasará si una señal de radiofrecuencia se aplica a un pin de la señal o el V _CC pin de alimentación? La función del circuito vuelve en un radio de cristal. Ahora, la pregunta obvia es: ¿son comunes IC diodo de ESD susceptibles a una señal de radio? Por supuesto. Como se observa en la Figura 3, la V _CC línea tiene un condensador conectado a tierra. Esto proporciona un camino a través del condensador de señales de radio que ser transportado a tierra. Por ejemplo, los EE.UU. AM emisoras de radio están en una banda alrededor de 1MHz. Si el condensador de la figura 3 (B) es 0.1μF, se reducirá la señal de radio AM, porque el condensador es baja impedancia a esa frecuencia. ¹¹

De hecho, cualquier no linealidad en un circuito rectificar señales espurias. Amplificadores con excelente linealidad se compromete a reparar menos que aquellos con mala linealidad. Sobrecarga, incluso un superior amplificador causarán importantes distorsiones y la no linealidad.

¿Qué pasa con los reguladores de voltaje de 3 terminales como LDO ( caída baja ) y las referencias de tensión?Disponen de un voltaje de referencia interno (típicamente un gap o diodo Zener ), un amplificador y un pase detransistor . El amplificador utiliza la retroalimentación para comparar la tensión de referencia con la tensión de salida, y proporcionar una señal de error que se corrige la salida. La salida deseada es una tensión continua estable. Elregulador debe funcionar cuando cambia la línea de entrada de voltaje y si los cambios de carga de salida es así, algo de velocidad de corrección o de ancho de banda que se necesita. Sin embargo, la velocidad de corrección debe ser limitado para garantizar un control suave y estabilidad. En consecuencia, el ancho de banda típico es de 200 kHz a 1 MHz como máximo. Ahora uno se pregunta, ¿qué ocurre cuando una señal de radio de alta frecuencia alrededor de 800 MHz se aplica a cualquier terminal (la entrada, salida o el suelo)? La señal de radio no se puede atenuar o corregir el circuito de retroalimentación. Por lo tanto la señal de radio se propaga a través del regulador.Afortunadamente, el regulador requiere fuente de alimentación de desacoplamiento para eliminar estas señales de radio. Los condensadores sólo funcionan por debajo de su auto-resonancia puntos. ^{6 , 12} Por eso, uno puede ver cuatro condensadores de desacoplamiento en un dispositivo que tiene que rechazar RFI. ¹³

Información adicional sobre tierra, la disociación de suministro de energía, y diseño de la placa se encuentra en el 11 a 16 referencias.

Resumen

ICs más comunes no son la prueba de susceptibilidad de radio. Esto se debe a que en el 99,9% de las aplicaciones del sistema ya está protegido de RFI y EMI, tanto de la intrusión en el sistema y la radiación del sistema. ICs de radio son una excepción. Ya que necesitan de RF para funcionar, estos circuitos deben combinar de paso de banda interno y externo de filtrado de modo que sólo las frecuencias quería se les permite entrar y salir del sistema.

Referencias

1. Alexander Fleming en la revista Time , http://205.188.238.181/time/time100/scientist/profile/fleming.html .
2. Sayre, Cotter, completa inalámbrica de diseño , McGraw-Hill, IBSN 978-0-07-154452-8, página 653.
3. Nota máxima de aplicación de 4345, " bien fundamentada, es analógico digital . "
4. Hare, Ed, editor, el libro ARRL RFI , American Radio Relay League, ISBN 0-87259-683-4.
5. Vea la retransmisión de Radio América en la Liga sitio www.arrl.org / files / archivo / Tecnología / 20Information/tvibook.pdf FCC%% 20RFI .
6. Burgoon, John R., Jr., Fundamentos del diseño del escudo eléctrico , aislamiento / Circuitos, agosto de 1970, (el lago de Publicaciones).
7. Ott, Henry W., Ingeniería de Compatibilidad Electromagnética , ISBN 978-0-470-18930-6, el capítulo 7 de protección.
8. Hare,; Sayer, op cit, capítulo 13, "Control y EMI Impreso Diseño de circuitos". op cit "La inmunidad de RF y transitorios;", capítulo 16,. Joffe, Elya B., y el bloqueo, Kai-Sang, Motivos de de puesta a tierra , ISBN978-0471 hasta 66,008-8, capítulo 9, "Puesta a tierra en circuitos impresos."
9. Ott, op cit., Capítulo 11, "Circuito Digital de distribución de energía."
10. Diversas cuentas de la historia de la radio a principios están disponibles.
11. Nota máxima de aplicación de 4992, " reducir las posibilidades de error humano: parte 1, de alimentación y tierra. " Los errores del sistema electrónico suelen ser analógica, no digital.
12. Máxima nota de aplicación 4993, " reducir las posibilidades de errores humanos: Parte 2, Amp Super Filtros para interfaz analógica . " La interfaz es un tema de expertos que requiere de un entrenamiento. Esta nota de aplicación ofrece algunos recordatorios y conceptos básicos sobre los amplificadores y filtros.
13. Ott, op cit., Capítulo 11.4 para una discusión de condensador de tamaño.
14. Nota máxima de aplicación de 4605, " evitar malas interpretaciones de diseño que poner la operación del sistema en peligro . " Tres estudios de casos ilustran cómo algunos análisis simple y una comprensión adecuada de las leyes de la física pueden ayudar a los diseñadores.
15. Máxima nota de aplicación 4991, " Oops ... prácticas de protección ESD vs placebos temerario ". Sugiere formas prácticas para proteger los sistemas electrónicos.
16. Nota máxima de aplicación de 4345, " bien fundamentada, es analógico digital . "

http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/5065