Фильтрующие разъемы Spectrum Control для электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры

Опубликовано в номере:
PDF версия
Борьба с электромагнитными помехами — одна из важных составляющих успеха при проектировании и разработке радиоэлектронной аппаратуры. Однако периодически мы сталкиваемся с ситуациями, когда в ходе этого процесса работа в части электромагнитной совместимости проведена некачественно, что в дальнейшем превращается в серьезную проблему.

Вектор развития радиоэлектронной аппаратуры в целом выбран уже давно и направлен в сторону создания более сложных технических средств и миниатюризации не только электронных компонентов, но и изделий, где эти компоненты применяются. Как следствие, возрастает плотность компоновки и взаимное влияние компонентов, в результате неизбежно возникновение помех, от которых необходимо защитить аппаратуру.

ЭМП распространяются как по проводящим конструкциям и «земле» (кондуктивные помехи), так и через окружающее пространство (индуктивные помехи). Кондуктивные помехи можно разделить на две составляющие: синфазные и дифференциальные. Синфазные помехи можно описать как помехи между проводом и «землей», дифференциальные — как помехи между двумя проводами, ток в которых течет в противоположных направлениях.

С кондуктивными помехами ведут успешную борьбу фильтрующие компоненты API Technologies, в частности, одно из подразделений компании — Spectrum Control. В линейке продукции Spectrum Control представлены следующие компоненты:

  • Конденсаторы для сборки фильтров (трубчатые, дискоидальные, планарные решетки) — основной продукт для создания фильтрующих компонентов (рис. 1–3).
    Трубчатый конденсатор

    Рис. 1. Трубчатый конденсатор

    Дискоидальный конденсатор

    Рис. 2. Дискоидальный конденсатор

    Конденсаторы, выполненные в виде планарных решеток

    Рис. 3. Конденсаторы, выполненные в виде планарных решеток

  • Чип-фильтры для поверхностного монтажа. Их применение актуально в случае реализации фильтрации непосредственно на плате. Преимущество данных компонентов перед керамическими чип-конденсаторами — наличие центральной «земляной» обкладки чип-фильтра, что дает более высокие значения вносимого затухания. Следует понимать, что добиться максимального эффекта можно только при экранировании радиоэлектронной аппаратуры (рис. 4).
    Чип-­фильтры для поверхностного монтажа

    Рис. 4. Чип-­фильтры для поверхностного монтажа

  • Резьбовые фильтры и фильтры под пайку (герметизированные компаундом и металлостеклянным спаем), фильтры под запрессовку. Это серии фильтров, требующие отдельной статьи, поскольку существует много нюансов в части их характеристик и применения. Наиболее эффективными являются фильтры Pi-типа, герметизированные металлостеклянным спаем. Они имеют лучшие показатели вносимого затухания во всем диапазоне подавления, а также наиболее стойки к агрессивным средам. На рис. 5 показаны резьбовые фильтры для применения в цепях высокого напряжения и тока, на рис. 6 — резьбовые фильтры, герметизированные компаундом, на рис. 7 — миниатюрные фильтры под пайку, герметизированные металлостеклянным спаем, на рис. 8 — резьбовые фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем.
     Резьбовые сильноточные фильтры

    Рис. 5. Резьбовые сильноточные фильтры

    Резьбовые фильтры, герметизированные компаундом

    Рис. 6. Резьбовые фильтры, герметизированные компаундом

    Миниатюрные фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем

    Рис. 7. Миниатюрные фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем

    Резьбовые фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем

    Рис. 8. Резьбовые фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем

  • Блоки фильтров (рис. 9) нашли широкое применение, устанавливаются в перегородки радиоэлектронной аппаратуры для эффективного устранения электромагнитной помехи и фильтрации помех при передаче сигналов между внутренними отсеками радиоэлектронной аппаратуры. Одно из важных применений блоков фильт­ров — медицина. Компания Spectrum Control была выбрана для разработки и поставки фильтров, которые будут применяться в имплантируемых кардиовертерах-дефибрилляторах, устройствах, спасающих бесчисленное количество жизней. Применение блоков фильтров в связке с планарными и дисковыми конденсаторами защищает устройства от электромагнитных помех внешних источников, таких как смартфоны, и обеспечивает безупречную работу в любое время, даже при наличии сильных электромагнитных помех.
     Блоки фильтров

    Рис. 9. Блоки фильтров

  • Сетевые фильтры обеспечивают ослабление помех для импульсов высокого напряжения в одно- и трехфазной электрических сетях.
  • Фильтрующие разъемы (цилиндрические и D-SUB) представлены на рис. 10, 11.
    Цилиндрический фильтрующий разъем

    Рис. 10. Цилиндрический фильтрующий разъем

    Фильтрующий разъем D-SUB

    Рис. 11. Фильтрующий разъем D-SUB

В данной статье особое внимание будет уделено фильтрующим разъемам, ведь их применение имеет ряд преимуществ перед другими решениями по защите от электромагнитных помех:

  • В значительной степени или полностью препятствуют прохождению помехи в радиоэлектронную аппаратуру.
  • Сокращают процесс сборки и контрольных операций радиоэлектронной аппаратуры.
  • Уменьшают пространство и вес радиоэлектронной аппаратуры (значительно сокращается количество компонентов на плате, которые устанавливают после стандартных, не фильтрующих разъемов, для защиты от электромагнитных помех). На рис. 12 показана ситуация, когда применены стандартный разъем D-SUB и фильтрация на плате. На рис. 13 — ситуация, где применен фильтрующий разъем D-SUB.
    Реализация фильтрации на плате

    Рис. 12. Реализация фильтрации на плате

    Реализация фильтрации с помощью фильтрующего разъема D-SUB

    Рис. 13. Реализация фильтрации с помощью фильтрующего разъема D-SUB

  • Низкое переходное сопротивление (полноценное основание и металлический корпус обеспечивают превосходное переходное сопротивление, что дает качественные результаты на высоких частотах).
  • Гибкость и взаимозаменяемость (в том случае, если установлены стандартные, не фильтрующие разъемы, их легко заменить фильтрующими).

Spectrum Control располагает широким спектром фильтрующих разъемов D-SUB. Наиболее востребованными являются фильтрующие разъемы D-SUB серии 700, которую сам производитель характеризует как High Performance (высокоэффективная), — рис. 14.

Высокоэффективные фильтрующие разъемы D-SUB, серия 700

Рис. 14. Высокоэффективные фильтрующие разъемы D-SUB, серия 700

Конструктивно фильтрующие разъемы D-SUB представляют собой стандартный D-SUB-разъем (количество контактов — 9, 15, 25, 37, 50), имеющий металлический корпус. Внутри металлического корпуса располагаются фильтры Pi- и C-типа.

Фильтрующие цилиндрические соединители — еще один вариант передачи сигнала через разъем с фильтром. Все преимущества, которые были перечислены для разъемов D-SUB, актуальны и для цилиндрических разъемов (рис. 15).

 Цилиндрический фильтрующий разъем

Рис. 15. Цилиндрический фильтрующий разъем:
а) в разборе;
б) в сборе

В основном фильтрующие разъемы D-SUB и цилиндрические разъемы используются для установки на корпус радиоэлектронной аппаратуры, для коммутации и фильтрации информационных линий. Реже данные разъемы устанавливают в перегородки внутри радиоэлектронной аппаратуры.

Фильтрующие соединители эффективно подавляют помехи на частотах до 18 ГГц в телекоммуникационном и авиационном оборудовании, средствах связи, системах распределения мощности, источниках питания.

 Пример номера для заказа фильтрующего разъема D-SUB и его габаритные размеры

Рис. 16. Пример номера для заказа фильтрующего разъема D-SUB и его габаритные размеры

Существуют следующие основные шаги для правильного выбора фильтрующего разъема D-SUB:

  • Выбор фильтрующего компонента (таблица):
    • оцените показания минимального вносимого затухания фильтра на частотах 5 МГц — 1 ГГц;
    • оцените частоту среза фильтра, чтобы не повлиять на полезный сигнал;
    • оцените, насколько актуален тип схемы, Pi- и C-тип;
    • запишите буквенный код фильтра.
  • Выбор разъема (рис. 16):
    • выберите количество контактов — 9, 15, 25, 37, 50 (в примере выбран 15-контактный разъем);
    • выберите тип вывода разъема (вилка или розетка с одной стороны, хвостовик, прямой или формованный штырь с другой стороны);
    • выберите номер для заказа разъема. Для этого используйте буквенный код, который был записан на этапе выбора фильтрующего компонента.
  • Выбор дополнительных опций:
    • отверстия с резьбой UNC 4-40;
    • отверстия с метрической резьбой М3;
    • покрытие золотом и др.
Таблица. Электрические характеристики и вносимое затухание фильтров для фильтрующих разъемов D-SUB

Буквенное обозначение фильтра

Схема

фильтра

Электрическая емкость

Частота среза

на уровне 3 дБ, МГц

Диэлектрическое

напряжение,
В

Рабочее

постоянное

напряжение

в интервале

температур 
–55…+125 °
С, В

Минимальное вносимое затухание, дБ, на частотах

номинал, пФ

допуск, %

5 МГц

10 МГц

20 МГц

50 МГц

100 МГц

200 МГц

500 МГц

1 ГГц

J

Pi

100

+100/0

32

300

100

2

5

8

16

33

A

310

±20

17

300

100

2

6

10

17

33

50

C

1000

+150/0

3,2

300

100

3

8

17

27

39

58

70

K

2500

+100/0

1,3

150

50

6

10

15

30

42

55

70

70

E

4000

+100/0

0,8

150

50

8

13

20

37

50

64

70

70

N

C

375

±20

14

600

200

2

7

12

18

26

32

L

500

±20

10,6

600

200

3

9

14

20

28

34

F

830

±20

6,4

600

200

3

7

13

18

24

32

38

B

1000

+100/0

3,2

600

200

4

9

16

22

28

36

42

D

5000

+100/0

0,64

300

100

10

16

22

30

35

35

50

56

Для того чтобы исключить прохождение индуктивной помехи, в месте стыка разъема D-SUB и корпуса радиоэлектронной аппаратуры используют экранирующие прокладки. Данные прокладки также используют в местах стыка корпуса и крышки радиоэлектронной аппаратуры (рис. 17, 18).

Экранирующие прокладки для разъемов D-SUB

Рис. 17. Экранирующие прокладки для разъемов D-SUB

Примеры установки экранирующих прокладок

Рис. 18. Примеры установки экранирующих прокладок

У компании Spectrum Control отсутствует каталог для цилиндрических фильтрующих разъемов, поскольку каждое решение индивидуально и изготавливается под нужды потребителя.

Основные характеристики:

  • Тип схемы: С/Pi/LC.
  • Количество контактов: 3–128.
  • Емкость: 250 пФ — 1 мкФ.
  • Рабочее напряжение: до 200 В.
  • Номинальный ток: 3 А.
  • Вносимое затухание: не менее 70 дБ на частоте 1 ГГц.
  • Частота среза согласовывается с потребителем.

Данные решения высокоэффективны в борьбе с электромагнитными помехами. Отечественные производители также представлены на рынке фильтрующих компонентов. Однако их продукция имеет ряд существенных недостатков по сравнению с разъемами Spectrum Control, например:

  • низкое вносимое затухание на высоких частотах, не позволяющее полноценно соответствовать нормам по электромагнитной совместимости;
  • большие габаритные размеры;
  • достаточно скудный ряд электрической емкости, что снижает возможность применения фильтрующих разъемов в ряде радиоэлектронной аппаратуры.

Сегодня отрасли телекоммуникации, авиации и космоса по-прежнему нуждаются в решениях, реализованных в виде фильтрующих разъемов и соединителей. При этом отечественных производителей данных решений можно пересчитать по пальцам одной руки. Это связано с достаточно сложным циклом изготовления фильтрующих разъемов. Первая трудность — практически полное отсутствие производителей керамических конденсаторов — сердца фильтрующих разъемов. Вторая трудность — отсутствие стандартного решения для реализации нового проекта. Это связано с тем, что каждый вид оборудования рассчитан на разный спектр частот, количество линий передачи информации, типы используемых разъемов для коммутации. В связи с этим возрастают сроки изготовления фильтрующих разъемов, и практически все запросы на изготовление новых фильтрующих разъемов начинаются с процесса разработки новых решений под требования клиента.

Литература
  1. apitech.com
  2. radiant.su

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *