Prevención y solución de interferencias electromagnéticas para conectores de automoción

Hoy en día, los sistemas electrónicos de los automóviles se sincronizan a varios cientos de megahercios, con una planificación de subnanosegundos para los bordes anterior y posterior de los pulsos utilizados, y en los circuitos de vídeo de alta calidad se emplean velocidades de píxel de subnanosegundos. Estas mayores velocidades de procesamiento de mesa clara ingeniería es un reto constante. Entonces, ¿cómo prevenir y abordar el problema de las interferencias electromagnéticas en los conectores de automoción merecen nuestra atención. Circuitos en la tasa de oscilación se hace más rápido (tiempo de subida / bajada), los niveles de tensión / corriente se hacen mayores, el problema se hace más. Como resultado, hoy en día, en comparación con años anteriores, hacer frente a la compatibilidad electromagnética (CEM) es más difícil. Las corrientes de impulsos rápidos que preceden a las dos secciones de onda de un circuito ponen de manifiesto que las denominadas fuentes de ruido de modo diferencial, los campos electromagnéticos alrededor del circuito, pueden acoplarse a otros componentes e inmiscuirse en las piezas conectadas. El ruido acoplado racional o capacitivamente es interferencia de modo común. Las corrientes perturbadoras de RF son idénticas entre sí, y el sistema puede modelarse como si constara de una fuente de ruido, un "circuito víctima" o "receptor" y un bucle (normalmente una placa base). La magnitud de la perturbación se caracteriza por una serie de factores: la intensidad de la fuente de ruido, el tamaño del área alrededor de la cual se desplaza la corriente perturbadora y la velocidad de cambio. Así, aunque existe una alta probabilidad de que se produzcan perturbaciones no deseadas en el circuito, el ruido casi siempre se modeliza conjuntamente. Una vez que se conecta un cable entre el conector de entrada/salida (E/S) del automóvil y el chasis o plano de tierra, existen determinadas tensiones de RF que pueden provocar la presencia de unos pocos miliamperios de corriente de RF suficientes para superar la frecuencia de transmisión permitida.

El acoplamiento de ruidos y la transmisión de ruidos en modo común se generan por una planificación irracional. Algunas causas típicas son las diferentes longitudes de los cables individuales en diferentes pares, o las diferentes distancias al plano de alimentación o al chasis. Otra causa son los componentes defectuosos, como bobinas de inducción magnética y transformadores, condensadores y dispositivos activos (por ejemplo, mediante circuitos integrados ad hoc (ASIC)). Los componentes magnéticos, especialmente los denominados inductores de almacenamiento de energía del tipo "inductor con núcleo de hierro", se utilizan en convertidores de potencia y siempre generan campos electromagnéticos. El entrehierro en el circuito magnético equivale a una gran resistencia en un circuito en serie, donde se consume más energía. Por lo tanto, el inductor de núcleo, bobinado en una barra de ferrita, genera un campo electromagnético intenso alrededor de la barra y un campo intenso cerca de los electrodos. En una fuente de alimentación conmutada que utilice una estructura de trazado posterior, debe haber un espacio vacío en el transformador en el que exista un campo magnético intenso. El elemento en el que se adhiere para encajar el campo magnético es el tubo en espiral, de modo que el campo electromagnético se distribuye a lo largo del núcleo. Ésta es una de las razones por las que se prefieren las estructuras en espiral para los componentes magnéticos que funcionan a altas frecuencias. Los circuitos mal desacoplados suelen convertirse también en una fuente de perturbaciones. Suponiendo que el circuito requiera grandes corrientes de impulso, y que el desacoplamiento parcial no garantice una capacitancia pequeña o requisitos de resistencia interna muy elevados, la tensión generada por el circuito de alimentación cae. Esto corresponde a un rizado, o quizás a un cambio rápido de tensión entre terminales. Debido a la capacitancia parásita del encapsulado, las perturbaciones pueden acoplarse a otros circuitos y causar problemas de modo común. Cuando las corrientes de modo común contaminan los circuitos de interfaz de E/S, es necesario tratar este problema antes de que pase por el conector del automóvil. Diferentes aplicaciones abogan por diferentes métodos para tratar este problema. En los circuitos de vídeo, donde las señales de E/S son de un solo extremo y comparten el mismo circuito común, es importante tratar el problema filtrando el ruido con un pequeño filtro LC. En las redes de interfaz serie de baja frecuencia, es satisfactorio utilizar cierta capacitancia parásita para derivar el ruido a la placa base. Las interfaces de accionamiento diferencial, como Ethernet, suelen acoplarse a la zona de E/S a través de un transformador, que se acopla mediante derivaciones centrales suministradas en uno o ambos lados del transformador. Estas derivaciones centrales se conectan a la placa base mediante condensadores de alta tensión que derivan el ruido de modo común a la placa base para que la señal no se distorsione. Ruido en modo común en la región de E/S No existe un enfoque universal del problema para todos los tipos de interfaces de E/S. La principal preocupación de los planificadores es conseguir que el circuito sea correcto, y a menudo pasan por alto detalles que se consideran superficiales. Algunas reglas básicas pueden hacer que el ruido en los primeros años de la llegada de los conectores de automoción, hasta pequeñas: 1) será condensadores de desacoplamiento establecidos en las inmediaciones de la carga. 2) los cambios rápidos en los bordes delantero y trasero de la corriente de impulsos, la especificación de bucle debe ser pequeña. 3) de modo que los dispositivos de alta corriente (es decir, los conductores y ASIC) lejos de los puertos de E / S. 4) Determinación de la integridad de la señal, a fin de garantizar que el sobreimpulso y subimpulso es pequeño, especialmente con respecto a la alta corriente de las señales vitales (por ejemplo. Reloj, bus). 5) Aplicar el filtrado parcial, tales como ferrita RF, puede absorber interferencias de RF. 6) Suministro de vuelta de baja impedancia en la placa inferior o en el área de I / O de la referencia en la placa inferior. El ruido de RF y conectores de automoción, incluso si los ingenieros optan por utilizar muchos de los métodos de prevención mencionados anteriormente para reducir el ruido de RF en el área de E / S, pero también no puede garantizar que estos métodos de prevención puede tener éxito para cumplir con los requisitos de emisión satisfactoria. Parte del ruido es interferencia conducida, es decir, actividad de corriente de modo común en la placa de circuito interna. La fuente de esta perturbación se encuentra entre la placa base y los circuitos, etc. Por lo tanto, esta corriente de RF debe viajar a través de una ruta de baja impedancia (entre la placa base y las líneas de señal portadora). Suponiendo que el conector del automóvil no presente una impedancia satisfactoriamente baja (en la superposición con la placa base), esta corriente de RF se desplaza a través de la capacitancia parásita. Cuando esta corriente de RF fluye a través del cable, genera inevitablemente emisiones. Otro mecanismo para inyectar corrientes de modo común en la zona de E/S es el acoplamiento de una fuerte fuente de perturbación cercana. Incluso un cierto "blindaje" del conector del automóvil es inútil, porque la fuente de perturbación se encuentra en las proximidades del conector del automóvil, como el entorno del PC. Suponiendo que haya un hueco entre el conector del automóvil y el chasis, la tensión de RF inducida en este lugar puede degradar la función CEM. Entre los métodos de apantallamiento de conectores de automoción se incluyen la adición de lengüetas o espaciadores. El lapeado del conector del automóvil consiste en rellenar el espacio vacío entre el conector del automóvil y el chasis. Este método requiere una junta. Es preferible utilizar un forro metálico y sólo es necesario manipularlo adecuadamente, es decir, sólo si la superficie no está contaminada, sólo si las manos no tocan ni dañan el forro y sólo si se ejerce una presión satisfactoria para que se adhiera a un buen contacto de baja impedancia. Otros métodos son las lengüetas de montaje de conectores de automoción o quizás el equipamiento del conector de automoción en la carcasa. Por el momento, la gran superficie de contacto es ligeramente más pequeño, y la especificación y la elasticidad de la pieza de unión deben ser estrictamente controlados. Equipo de blindaje conectores de automóviles, aberturas en el chasis, el lado de la abertura debe ser desengrasado, para ser cuidadosamente hecho, si la tolerancia no es adecuada, lo que resulta en el conector del coche en el chasis caer demasiado profundo, de modo que la vuelta es continua. Cada ingeniero de EMC sabe que en un "buen" sistema, esta cuestión debe ser satisfecha con los requisitos de lanzamiento, y en la línea de producción a tiempo para comprobar. Las almohadillas no apretadas o dobladas, los equipos en zonas críticas en el aceite, fallarán. Los conectores de automoción EMI fueron seleccionados por las siguientes razones 1) La espuma conductora es extremadamente suave y se puede colocar alrededor de todo el perímetro del conector de automoción. Esto elimina los problemas asociados con otra carcasa, liner. 2) Los ingenieros mecánicos pueden equipar el conector de automoción dentro de las tolerancias aceptables para la carcasa del sistema. 3) El conector de automoción termina en una vuelta de baja impedancia con la carcasa para asegurar un contacto superior. 4) En una planificación que requiera refrigeración forzada, el liner es bueno por otra característica: la costura entre el conector de automoción y la pared de la carcasa debe sellarse para minimizar las fugas de aire. En un ambiente polvoriento, el revestimiento debe desempeñar un papel en el sistema para adherirse a limpiar.

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