Курсовая работа (т): Компьютер как источник помех

Компьютер как источник помех

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический факультет

Кафедра «Электрические станции»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Компьютер, как источник помех»

Студент группы 106111

А.В. Дударев

Руководитель П.И. Климкович

Минск 2013

РЕФЕРАТ

КОМПЬЮТЕР, ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ, КОМПОНЕНТЫ, СХЕМА, ДРОССЕЛЬ, ФИЛЬТР, ДИСПЛЕЙ, ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР

Объектом исследования является источники излучаемых помех.

Цель работы: ознакомление со схемами устройств подавления помех и их применении.

Работа содержит сведения об источниках излучаемых помех, способах их снижения, схемы устройств подавления помех и их применении, способах улучшение экранирования и заземления.

Данная работа может быть полезна студентам энергетических специальностей.

Область практического применения: эксплуатация и защита электроустановок.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В НАСТОЛЬНЫХ ПОРТАТИВНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

1.1 Источники излучаемых помех

1.2 Компоненты для подавления помех

1.3 Улучшение экранирования

1.4 Пример снижения уровня помех при улучшении заземления

1.5 Улучшение заземления для платы расширения

1.6 Установка фильтров на шинах тактовых сигналов

1.7 Установка фильтров на шинах передачи сигналов

2. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В ПОРТАТИВНЫХ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРАХ

2.1 Компоненты для подавления помех

2.2 Улучшение экранирования корпуса и заземления

2.3 Улучшение заземления для разъема внешних карт расширения

2.4 Установка фильтров в месте подключения кабеля

2.5 Подавление помех в дисплее

2.6 Установка фильтров в местах подключения кабелей

2.7 Установка фильтров на входе источника питания постоянного тока

3. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В ШИНЕ

3.1 Компоненты для подавления помех

3.2 Примеры осциллограмм передаваемых сигналов и эффективность подавления помех

4. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В ПРИВОДЕ КОМПАКТ-ДИСКОВ

4.1 Компоненты для подавления помех в приводах компакт-дисков

4.2 Установка фильтров в месте подключения кабеля наушников

4.3 Установка фильтров на шинах тактового сигнала

4.4 Установка фильтров на шинах передачи сигналов

4.5 Эффективность применения ферритовых чип-бусин на шинах передачи сигналов

4.6 Установка фильтров в местах подключения интерфейсного кабеля

5. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

5.1 Источники излучаемых помех в импульсных блоках питания

5.2 Типовое решение сетевого фильтра электромагнитных помех для импульсного источника питания

5.3 Дифференциальные и синфазные помехи

5.4 Функциональное назначение элементов сетевого фильтра

6. ПРИМЕР ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В МОБИЛЬНОМ ТЕЛЕФОНЕ

6.1 Источники излучаемых помех

6.2 Компоненты для подавления помех в мобильных телефонах

6.3 Установка фильтров на шине управления дисплеем

6.4 Улучшение экранирования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

помеха экранирование осциллограмма

EMI-фильтры для цепей постоянного тока - это фильтры подавления электромагнитных помех (Electro Magnetic Interference - EMI), используемые во вторичных цепях постоянного тока электронной аппаратуры, такой как цифровая, аудио и видеотехника.

EMIFIL® - зарегистрированная торговая марка компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

Для создания электронного оборудования с высокой помехозащищенностью и низким уровнем собственных шумов разработчик должен хорошо разбираться в характеристиках различных типов EMI-фильтров и методах их применения. Так как характеристики EMI-фильтров в значительной степени зависят от их конструкции, и на рынке представлена широкая номенклатура производимой продукции, то выбор оптимального варианта может вызвать затруднение.

В данном реферате дается обзор EMI-фильтров, их классификация и описание характеристик каждой группы помехоподавляющих фильтров, приводятся примеры и рекомендации по их использованию в различной электронной аппаратуре.

1. Пример подавления помех в настольных Портативных Компьютеров

1.1 Источники излучаемых помех

Источниками излучаемых помех являются кабели, подключенных к персональному компьютеру рисунок 1. Если корпус персонального компьютера (ПК) не обеспечивает эффективного экранирования, то излучаемые компьютером электромагнитные помехи могут создать самые разные проблемы.

Рисунок 1 - Источники излучаемых помех

1.2 Компоненты для подавления помех

Персональный компьютер содержит различные источники помех как внутри, так и снаружи, включая подсоединенные кабели. Поэтому для снижения уровня помех, в дополнение к экранированию и качественному заземлению (GND), в местах подключения кабелей необходимо использовать EMI-фильтры.

Печатная плата ПК содержит множество сигнальных проводников - источников помех. В цепях возможных источников помех (тактовые сигналы, шины адреса/данных, шины питания постоянного тока и др.) тоже необходимо использовать EMI-фильтры. Применение фильтров снижает уровень наведенных помех в кабеле.

1.3 Улучшение экранирования

1.4 Пример снижения уровня помех при улучшении заземления

Улучшение заземления достигается увеличением количества винтовых соединений между платой и шасси персонального компьютера. В местах подключения кабелей устанавливаются EMI-фильтры NFM21CC222R1H3. Все это позволяет снизить уровень помех на 10 дБ. На рисунках 2-4 показаны осциллограммы до и после улучшения заземления.

Рисунок 2 - До улучшения заземления

Рисунок 3 - После улучшения заземления

Рисунок 4 - После установки EMI-фильтров в местах подключения кабелей

1.5 Улучшение заземления для платы расширения

В случае установки в ПК платы расширения, имеющей внешний разъем, на подключенный кабель могут наводиться помехи с шины GND. В результате этого кабель становится источником излучения помех. Поэтому необходимо обеспечить стабильно низкое сопротивление контакта между металлической планкой платы расширения, соединенной с шиной GND печатной платы, и металлическим корпусом ПК. Обычно это осуществляется при помощи винтов, тем самым обеспечивается низкий импеданс на высоких частотах. Кроме того, в местах подключения кабелей устанавливаются EMI-фильтры.

.6 Установка фильтров на шинах тактовых сигналов

Тактовые сигналы высокой частоты являются источниками ВЧ помех. Частоты тактового сигнала и помехи могут быть расположены близко друг к другу. Поэтому необходимо использовать фильтры с высоким коэффициентом затухания и крутизной спадов АЧХ, такие как фильтры серии NFW31S (чипфильтры EMIFIL® для линий передачи сигналов) или серии BLMxxB (ферритовые чип-бусины для высокоскоростных линий передачи сигналов). Помехи, создаваемые переходными токами, возникают также в цепях питания. Поэтому для подавления помех в цепях питания устанавливаются ферритовые чип-бусины, а также шунтирующие конденсаторы.

1.7 Установка фильтров на шинах передачи сигналов

Шины содержат множество линий передачи сигналов, переключающихся одновременно. Изменение сигналов на шинах адреса и данных вызывает значительное увеличение импульсного тока, протекающего в цепях земли (GND) и питания. Поэтому необходимо ограничивать ток, протекающий по линиям передачи сигналов. Для этого, в основном, применяют компоненты серии BLM (ферритовые чип-бусины). На шинах управления, особенно работающих на высоких скоростях и при высоких уровнях помех, используют фильтры с резистивными компонентами, например фильтры серии NFR21 (чип-фильтр EMIFIL®).

2. Пример подавления помех в портативнЫх персональных компьютерах

Источником помех является излучение из корпуса ноутбука, от ЖК-дисплея, от шлейфа, соединяющего системный блок с ЖК-дисплеем, и других подключаемых кабелей.

Печатная плата портативного ПК (ноутбука) содержит множество сигнальных проводников - источников помех. Как правило, корпус ноутбука изготовлен из пластмассы с нанесенным изнутри проводящим покрытием и обладает более низкими экранирующими свойствами, чем металлический корпус настольного ПК, что является причиной более высокого уровня излучения электромагнитных помех. Кроме того, внешние соединительные кабели также излучают помехи.

В большинстве случаев передача данных между материнской платой и ЖК-дисплеем осуществляется при помощи низковольтных дифференциальных сигналов (Low Voltage Differential Signals - LVDS). Поскольку LVDS представляют собой высокоскоростные сигналы с высоким уровнем помех, кабель, соединяющий корпус ПК и ЖК-дисплей, также является источником помех.

2.1 Компоненты для подавления помех

Компоненты ноутбука смонтированы в ограниченном пространстве. Поэтому, прежде чем устанавливать помехоподавляющие компоненты, сначала необходимо обеспечить подавление излучаемых помех за счет максимально возможного улучшения экранирования. Как показали измерения, значительное улучшение экранирования обеспечивает установка металлических пластин над и под печатной платой ноутбука. В кабельных разъемах для улучшения заземления необходимо обеспечить хороший электрический контакт металлических частей с землей (GND) материнской платы. Кроме того, нужно также устанавливать помехоподавляющие компоненты.

Передача данных к ЖК-дисплею осуществляется, в основном, при помощи LVDS сигналов, являющихся источниками сильных помех. Поэтому для подавления синфазных помех на линиях передачи сигналов следует использовать дроссели серии DLP. В некоторых случаях необходимо также применение экранированных кабелей. Внутри ЖК-дисплея находится множество сигнальных проводников, обеспечивающих передачу информации между графическим контроллером и драйвером ЖК-дисплея. Слот для внешних карт расширения, например, таких как PCMCIA, должен обеспечивать минимальный импеданс на высоких частотах между картой и землей печатной платы ноутбука. Кроме того, слот необходимо экранировать.

2.2 Улучшение экранирования корпуса и заземления

При изготовлении пластмассовых корпусов портативных персональных компьютеров на их внутреннюю поверхность наносят проводящее покрытие, однако этого недостаточно для создания хорошего экранирования. Поэтому необходимо устанавливать металлические экранирующие пластины сверху и снизу материнской платы. Эти пластины соединяются вместе при помощи винтов, чтобы обеспечить надежный электрический контакт между землей (GND) печатной платы ноутбука и проводящим покрытием.

2.3 Улучшение заземления для разъема внешних карт расширения

Когда карта расширения, имеющая внешний кабель, соединена с ноутбуком, помехи излучаются не только самой картой, но и портативным ПК, проходя через соединительный кабель. При увеличении импеданса на высоких частотах между землей ноутбука и землей карты расширения потенциал земли карты расширения становится нестабильным. Это создает дополнительные трудности при подавлении помех. Поэтому пружинящие элементы, обеспечивающие контакт с землей (GND) карты расширения, соединяются при помощи винтов с землей материнской платы и металлическим экраном, благодаря чему минимизируется импеданс между ними на высоких частотах.

Если помехи компьютера воздействуют на карту расширения, электромагнитное излучение карты не может быть снижено, даже если она содержит помехоподавляющие компоненты. В этом случае слот следует экранировать, используя металлический кожух.

Уровень излучаемых картой расширения электромагнитных помех зависит от качества и надежности электрического контакта между землей (GND) карты и слота. Это необходимо учитывать при проведении измерений уровня помех и определении эффективности различных методов их подавления.

2.4 Установка фильтров в месте подключения кабеля

Кабельное соединение материнской платы ноутбука с ЖК-дисплеем повышает уровень излучаемых компьютером помех за счет гармоник LVDS сигналов и помех от интегральных микросхем, расположенных вокруг линии передачи сигналов.

Так как частота передаваемых LVDS сигналов достигает сотен мегагерц, то чтобы предотвратить искажения формы сигналов, рекомендуется использовать дроссели для подавления синфазных помех. При LVDS-передаче (передаче дифференциальных сигналов) магнитные потоки, создаваемые протекающим током, взаимно компенсируются, что приводит к снижению уровня помех. Однако наличие отраженных сигналов может привести к неравенству токов, протекающих по парам проводников. В этом случае синфазные дроссели работают как трансформаторы для балансировки токов, что позволяет, в конечном счете, снизить уровень электромагнитных помех. Однако наличие отраженных сигналов может привести к неравенству отраженных токов, протекающих по парам проводников.

.5 Подавление помех в дисплее

Графический контроллер соединен с драйверами ЖК-дисплея множеством линий передачи сигналов, переключающихся одновременно. Эти переключения вызывают протекание по цепям питания и земли большого импульсного тока. Поэтому следует ограничивать ток в сигнальных линиях. Для этих целей хорошо подходят ферритовые чип-бусины серии BLM. На линиях тактовых сигналов, особенно работающих на высоких скоростях и при высоких уровнях помех, применяют фильтры серии NFW31S (чип-фильтры EMIFIL® для линий передачи сигналов), обладающие высокими коэффициентом затухания и крутизной спадов АЧХ.

2.6 Установка фильтров в местах подключения кабелей

На линиях, идущих к интерфейсным кабелям, обычно используют сочетание трехвыводных конденсаторов серии NFM21C и ферритовых чип-бусин серии BLM. В некоторых случаях на линиях тактовых сигналов применяют фильтры семейства EMIFIL®. При разработке печатных плат очень важно обеспечить минимальный импеданс на высоких частотах между земляным выводом (GND) EMI-фильтра и экранирующим металлическим покрытием.

.7 Установка фильтров на входе источника питания постоянного тока

Так как кабель сетевого адаптера напряжения питания ноутбука излучает помехи, то на входе источника питания постоянного тока необходимо устанавливать фильтрующие компоненты. На шине питания постоянного тока присутствуют как дифференциальные, так и синфазные помехи. Поэтому следует принять меры к подавлению и тех, и других.

Прежде всего, необходимо соединить вместе землю и металлический экран. Для подавления дифференциальных помех применяются компоненты серий NFM55P (фильтры EMIFIL®) и BLMxxP (ферритовые чип-бусины). Для подавления синфазных помех используют синфазные чип-дроссели серии DLW5BS/AH.

3. Пример подавления помех в шине

Шина USB (Universal Serial Bus E универсальная последовательная шина) была разработана для подключения внешних периферийных устройств (функций) к персональному компьютеру (хосту).