Анализ параметров ЭМС систем на стадии разработки

Для анализа параметров ЭМС системы на стадии разработки может быть использован модульный подход, который дополняет существующие методологии конструирования электронных систем. Для этого разрабатываемую систему представляют в виде набора составляющих ее модулей. Модульный подход к оценке характеристик ЭМС при проектировании системы предполагает, что на самом нижнем уровне этой оценки элементарный модуль состоит из одной единственной печатной платы. На следующем уровне модуль будет представлять собой некоторый блок, входящий в состав системы, и состоять из нескольких плат. И, наконец, модулем является сама система, составленная из блоков. Для модулей всех уровней должны быть заданы граничные значения характеристик, определяющих взаимодействие между модулями, которые включают в себя:

1. Максимальные значения излучений, которые допустимы для модуля данного уровня. Определяются значениями напряженности поля как функции частоты.

2. Восприимчивость к излучениям. Определяется значением максимальной напряженности поля в зависимости от частоты, которая допустима в месте расположения модуля, прежде чем ее влияние скажется на рабочих характеристиках модуля.

3. Уровень кондуктивных помех, создаваемых модулем. Определяется значением максимальной амплитуды тока в зависимости от частоты, которая может поступать от портов интерфейса и по цепям питания, прежде чем результирующее излученное поле от кабелей, соединяющих модули, превзойдет допустимые пределы, либо нарушатся рабочие характеристики соседних модулей.

4. Восприимчивость к кондуктивным помехам. Определяется значением максимальной амплитуды тока в зависимости от частоты, которую можно допустить на портах интерфейса модуля без нарушения его рабочей характеристики.

Эти характеристики должны быть заданы как для печатных плат, так и для составленных из них блоков и интерфейсов. Задаются они в технических условиях на разработку модулей системы или определяются нормативно-техническими документами на определенный тип оборудования.

На рис. 6.1 представлена процедура разработки системы, включающая оценку ее характеристик ЭМС. В этой структуре можно выделить два этапа разработки. Один из них происходит в вычислительной среде с использованием ЭВМ, где, после разбиения системы на модули, происходит оценка всех характеристик каждого модуля, как функциональных характеристик, так и характеристик ЭМС.

Исследуя на модели характеристики ЭМС каждого модуля, входящего в систему, можно сделать сравнение прогнозируемых рабочих характеристик и характеристик, требуемых по техническому заданию. Это позволит установить, насколько характеристики ЭМС разрабатываемого модуля соответствуют предъявляемым требованиям.

Для печатной платы ее излучение можно рассчитать, исходя из распределения по плате тока высокой частоты, которое получают на стадии моделирования печатной платы, а восприимчивость к излучениям посредством наложения на это распределение тока, наведенного на плату внешним полем. Определив токи, входное и выходное сопротивление портов печатной платы и линий питания, можно найти помехи, которые создает плата через токи проводимости, т. е. кондуктивные помехи, а также ее восприимчивость к ним.

Процедура может быть продолжена на модули, составленные из нескольких печатных плат, и на систему в целом. Если результаты моделирования не отвечают предъявляемым требованиям к характеристикам ЭМС, то необходимо провести пересмотр проектов исходных модулей.

Второй этап происходит в аппаратной среде, где измеряются характеристики модулей, включая их характеристики ЭМС. Если результаты измерений не подтверждают результатов расчетов и характеристики ЭМС не отвечают требованиям технического задания или технических условий, то приходится возвращаться к исходным проектам модулей и, может быть, пересматривать даже математические модели, положенные в основу анализа.

Поскольку на практике конфигурация большой системы при установке на объектах может меняться, то при разработке такой системы часто целесообразно не моделировать характеристики ЭМС системы в целом, а определить в терминах параметров ЭМС критерии для рабочих характеристик отдельных модулей. В этом случае характеристики ЭМС всей системы вне зависимости от ее конфигурации могут быть описаны определенной комбинацией характеристик ЭМС ее составных частей.