Защитить аналогово/цифровое устройство от воздействия ВЧ помех, от мобильного GSM стандарта Опции

[sigmaN]

Разработано устройство, предназначенное для работы с сотовым телефоном.
Плата 2х4см, двухслойка. Нижний слой практически весь земля.
О помехах при разводке никто не думал.
С телефона девайс берет питание и 2 провода rs-232.
Всё завёл с помощью экранированых проводов(старый кабель от CD-ROM к звуковухе).
Вся плата обёрнута фольгой изолированной скотчем, фольга на GND.

При работе телефона в наушнике(уже выход с устройства) слышны характерные звуки GSM передатчика.
Устройство имеет свойство сбоить по этой причине.
При определённом взаимном расположении платы устройства, моих рук и телефона - эффект не наблюдается.

В ВЧ технике я не волоку.
Если не помогает экранирование, то что может помоч?
Может быть использовать как-то диаграмму направленности встроенной антены.
Или сантиметров на 50 от телефона устройство удалить?
До этого момента я наоборот старался делать провода короче.
Саму плату сейчас расположил на задней стенке телефона, но опять - как повезет.
То есть наводки, то почти нет(отражение?).

HEEELP!

[Alexashka]

Я имел ввиду самый нижний слой металлизации, внутренняя поверхность - та, которая обращена к компонентам ПП, т.е. находится внутри экрана, внешняя поверхность - соответственно образует часть экрана. В принципе, не обязательно это должен быть самый нижний слой, но тогда на каждую питающуюю/сигнальную линию в точки ввода надо ставить проходной конденсатор.

Т.е вы хотите сказать... Допустим мы имеем на плате 3 узла, закрытых 3мя экранами. (В моем устройстве я предполагаю поставить отдельные экраны на чувствительную аналоговую часть, приемопередатчик+УМ и на контроллер с DC/DC преобразователями, т.е три экрана). Но связи между узлами есть и они не закрыты экранами. Ставить на каждую линию RF фильтр я не могу- дорогое удовольствие, что остается- пускать все цепи заходящие под экраны между слоями метализации? который будут работать как экраны...Что вы посоветуете? может быть один общий экран с перегородками внутри?

[vladch]

Т.е вы хотите сказать... Допустим мы имеем на плате 3 узла, закрытых 3мя экранами. (В моем устройстве я предполагаю поставить отдельные экраны на чувствительную аналоговую часть, приемопередатчик+УМ и на контроллер с DC/DC преобразователями, т.е три экрана). Но связи между узлами есть и они не закрыты экранами. Ставить на каждую линию RF фильтр я не могу- дорогое удовольствие, что остается- пускать все цепи заходящие под экраны между слоями метализации? который будут работать как экраны...Что вы посоветуете? может быть один общий экран с перегородками внутри?

Я бы отделил приемопередатчик +УКВ в один экран, и развязался RF фильтрами от другого экрана в котором разместил бы чувствительную аналоговую часть (со своим аналоговым питанием и аналоговой землей) и контроллер с DC/DC(возможно индуктивность для него нужно выбрать экранированую).
Или общий экран с перегородками внутри. Но мне кажется что просто спрятать цепи соединяющие вч и аналоговую схему нельзя , не будет толку. Нужно сначала отфильтровать ВЧ (RF фильтр), а потом прятать с земляных слоях платы.

Насчет распределения токов помех - они как раз буду течь по внешней поверхности экрана, часть которой будет составлять замля платы (важно, чтобы она была цельная и самым крайним слоем от экрана), а сигнальные токи - по внутренней поверхности, так что значительной взаимосвязи между ними не будет.

А могу я к такому полигону-экрану с помощью переходных отверствий подключать цепи цифровой земли? Не полезут ли помехи через мои переходки мне в схему?

И как лучше всего делать отвязку от помех при входящих проводах под экран.
Как по мне то идеальным вариантом есть проходной конденсатор, стоящий одной ногой под экраном другой снаружи, но возникают проблемы связанные с монтажем экрана.
Следующий вариант завести сигнал из вне во внутреннем слое и сразу (как пройдем экран), выйти на ТОР и отфильтровать RF-фильтром.
И третий вариант отфильтровать снаружи и минимальной трассой перейти во внутренний слой и зайти в экранированное пространство.

Кто чем фильтрует питание (до 500мА)?

[Alexashka]

Я бы отделил приемопередатчик +УКВ в один экран, и развязался RF фильтрами от другого экрана в котором разместил бы чувствительную аналоговую часть (со своим аналоговым питанием и аналоговой землей) и контроллер с DC/DC(возможно индуктивность для него нужно выбрать экранированую).
Или общий экран с перегородками внутри. Но мне кажется что просто спрятать цепи соединяющие вч и аналоговую схему нельзя , не будет толку. Нужно сначала отфильтровать ВЧ (RF фильтр), а потом прятать с земляных слоях платы.

А могу я к такому полигону-экрану с помощью переходных отверствий подключать цепи цифровой земли? Не полезут ли помехи через мои переходки мне в схему?

Да, наверно вы правы, контроллер и аналоговую часть можно пихнуть под один экран. Единственный минус- экран получится здоровый, и закроет все цепи- как отладку вести? (снизу как мы говорим- цельная заливка )
По второму вопросу -об этом много писали уже- быстрые возратные токи в земле идут под соответствующим сигнальным проводником (по его траектории), поэтому достаточно обеспечить чтобы над экранной заливкой не проходили цифровые сигналы. Как вариант -делать заливку с вырезом по контуру -тогда обратные токи будут вынуждены идти в обход, но этот вариант хуже. Если использовать полигон как стыковочный узел для цифровых сигналов то это имхо не есть гуд.

[vladch]

поэтому достаточно обеспечить чтобы над экранной заливкой не проходили цифровые сигналы. Как вариант -делать заливку с вырезом по контуру -тогда обратные токи будут вынуждены идти в обход, но этот вариант хуже. Если использовать полигон как стыковочный узел для цифровых сигналов то это имхо не есть гуд.

Я так понял, что нужно делать вырезы в полигоне -экране. тогда нарушается его целосность и соответствено уровень защиты. А если с обратной стороны экрана пустить слой пттания, то можна ничего не вырезать, но остается открытым вопрос с цифровой землей. Раньше думал все конектить на полигон-экран, а теперь ине знаю. Получается нужно делать еще один слой с полигоном цифровой земли, или как?
В прикрепленом файле разрез планируемой печатной платы.

Прикрепленные файлы

 ___________.bmp ( 130.24 килобайт ) Кол-во скачиваний: 38

 

[Alexashka]

2 vladch. Про вырезы. Да если делать один экран и на аналог. и на цифровую части, то такая проблема видимо возникнет. Хотя я читал про щели в металлических корпусах приборов и расчет их ослабления внешних помех. Выходит так что если оба габаритных размера (длина и высота) выреза не превышают 1/20 длины волны излучения, то снижение ослабления экрана не будет. Хотя надо будет уточнить, там ведь еще толщина стенки играет роль.

[__Sergey_]

2 vladch. Про вырезы. Да если делать один экран и на аналог. и на цифровую части, то такая проблема видимо возникнет. Хотя я читал про щели в металлических корпусах приборов и расчет их ослабления внешних помех. Выходит так что если оба габаритных размера (длина и высота) выреза не превышают 1/20 длины волны излучения, то снижение ослабления экрана не будет. Хотя надо будет уточнить, там ведь еще толщина стенки играет роль.

Как раз возникнут проблемы, если делать вырезы в земле - мы помехи на 1800 ловим, длина волны не большая совсем.
Я так понимаю, девайс не содержит 12-битных АЦП с полосой 200 МГц - соответственно не нужно делать вырезов в земле на цифру и аналог.
Рецепт прост: считаем, что по каждому проводу, подходящему к модулю втекает ток помехи, соответственно надо его сразу на входе блокировать всяческими способами, не сильно повредив полезный сигнал. А сам модуль заэкранировать. Для блокировки помехи применять чип-ферритовые шайбы + конденсаторы, либо резисторы+конденсаторы, если нужно дешево.

[vladch]

to __Sergey_

В принципе иду по приблизительно такому же пути как и Вы. Первое что сделал, как тут советовали уже уважаемые коллеги, все заходящие в устройство провода - фильтрую и во внутреннем слое сразу завожеу сигнал под экран. К этому еще добавил сплошной полигон на боттоме и экран на топе. Во внутренних слоях еще отвязал землю микрофона и аналоговой части кодека от цифровой земли.

[Alexashka]

to __Sergey_

В принципе иду по приблизительно такому же пути как и Вы. Первое что сделал, как тут советовали уже уважаемые коллеги, все заходящие в устройство провода - фильтрую и во внутреннем слое сразу завожеу сигнал под экран. К этому еще добавил сплошной полигон на боттоме и экран на топе. Во внутренних слоях еще отвязал землю микрофона и аналоговой части кодека от цифровой земли.

Так вы всетаки сделали 2 земли? а как соединили? Я вот планирую модуль жопээс полностью отвязать по цифровым сигналам и питанию (землю тоже), поставив блокирующие LC фильтры и индуктивности BLM фирмы мюрата, они маленькие, но дюже зверские Правда мнения с коллективом разошлись -один говорит правильно, другой -так не надо делать...Видел пример включения жопеески фирмы энфора, так там цифровой узел управления (вроде GSM модем), соединен с жопс через экранированный стык в котором стоят блокирующие ЭМИ цепи. Короч стык в экране, жопс в экране да и модем в экране (3 штук всего т.е). При этом земелька у них у всех одна! Так что я в сомнениях пока...

[In_vivo]

Немножко о выборе материала для экранирования- многие считают что достаточно использовать хорошо проводящий материал: медь, алюминий... и забывают о том что данные материалы парамагнетики, т.е. практически не экранируют от магнитного поля. Проведите простой опыт: поднесите магнит к любой железке, которая более или менее хорошо притягивается к магниту, а затем поочереди вставьте между магнитом и железкой сначала медную(или алюминевую) пластину а затем пластину из ферромагнитного материала (тот же пермаллой) и, как говорится, почуствуйте разницу... радиолюбители знают что в свое время лучшие экраны получались из жести от консервных банок из-под сгущенки...
резюме: не забывайте что экранировать надо электроМАГНИТную помеху, а не просто электрическую составляющую.

[sanyc]

Немножко о выборе материала для экранирования- многие считают что достаточно использовать хорошо проводящий материал: медь, алюминий... и забывают о том что данные материалы парамагнетики, т.е. практически не экранируют от магнитного поля. Проведите простой опыт: поднесите магнит к любой железке, которая более или менее хорошо притягивается к магниту, а затем поочереди вставьте между магнитом и железкой сначала медную(или алюминевую) пластину а затем пластину из ферромагнитного материала (тот же пермаллой) и, как говорится, почуствуйте разницу... радиолюбители знают что в свое время лучшие экраны получались из жести от консервных банок из-под сгущенки...
резюме: не забывайте что экранировать надо электроМАГНИТную помеху, а не просто электрическую составляющую.

Для постоянного или низкочастотного поля - это может быть и верно. А вот на СВЧ экраны из той же меди очень хорошо работают (опять же для защиты от СВЧ помех). Например, эффективность экранирования полужесткого коаксиального кабеля ~ 90 дБ.

Сообщение отредактировал sanyc - May 3 2009, 08:15

[Alexashka]

Вот нашел где делают экраны на заказ.
http://www.pcbtech.ru/pages/view_page/133
Вроде сталь бьет медь по степени защиты до 1ГГц. По отражению она уступает, но по проникновению гораздо эффективнее, чем медь.
Тока вот не понял на графике почему медь имеет 25дб потери на отражение магнитного поля на частоте 100Гц. По идее она его вообще не должна ослаблять на таких частотах.
Еще там какойто сплав есть Сплав C770 ктонить знает что это такое? и какая плотность у него?

[WEST128]

Экраны данного типа, со съемной крышком, обычно используются в технике, где не нужно значительное ослабление, и частоты помех относительно низки. Приводимый на сайте график мало соответствует реальности, такие экраны на частоте 1 ГГц обеспечивают ослабление 30-40 дБ, редко когда больше, и с ростом частоты ослабление будет уменьшаться из-за щелей.

[Alexashka]

Это очень серьезно, то что вы сказали однако возникает вопрос -как сделать нормальный технологичный экран, кол-вом до 100 штук. Ну или где такие заказать. Хотя судя по цене которая указывалась в этой фирме (30-60т.р) порядок будет примерно такой же. Видимо придется делать оправку самим и самим же гнуть металл.
Может кто что посоветует для наколенной технологии изготовления ну или близкой к этому

[vladch]

Так вы всетаки сделали 2 земли? а как соединили? Я вот планирую модуль жопээс полностью отвязать по цифровым сигналам и питанию (землю тоже), поставив блокирующие LC фильтры и индуктивности BLM фирмы мюрата, они маленькие, но дюже зверские Правда мнения с коллективом разошлись -один говорит правильно, другой -так не надо делать...Видел пример включения жопеески фирмы энфора, так там цифровой узел управления (вроде GSM модем), соединен с жопс через экранированный стык в котором стоят блокирующие ЭМИ цепи. Короч стык в экране, жопс в экране да и модем в экране (3 штук всего т.е). При этом земелька у них у всех одна! Так что я в сомнениях пока...

Поступил следующим образом - на заготовке смулитиплицировали 2 платы. В одной земли разделены, в другой земля одна. В плате с разделенными землями есть участок с аналоговыми цепями. На этом участке, в ТОР, раставил все аналоговые кампоненты от микрофона к кодеку, аналоговые цепей, свободное пространство залил аналоговым полигоном. Под этим участком , во внутреннем слое SIGNAL, аналоговые цепи, свободное место - аналоговый полигон. Во внутреннем слое POWER - под этим участком пролил основную землю, слой BOTTOM полностью залил землей, которая подключается к земле устройства в месте подключения питания. В слое ТОР, кроме аналогового полигона, все остальное залил основной землей, какже есть место установки экрана на основной полигон. По контуру установки экрана, переходными отверстиями, соединил основной полигон ТОРа (и сам экран) с основным полигоном BOTTOMа, таким образом, у меня получилась экранировка и на BOTTOMе и вч - токи, я надеюсь, будут сливаться с этих экранов на землю. Для розвязки(фильтрации) всех входящих и исходящих сигналов, за экраном установил вч-фильтры(п-образные, Мурата), и сразу с фильтра перехожу на внутренний слой SIGNAL и между переходных отверстий экрана завожу/вывожу сигнал на схему.
Вторая плата, с общей землей, идентичная по конструкции, но полигон везде один.
Соберем обе, включим, а там будет видно.
О результатах - отпишусь, а будут проблемы -прибегу с вопросами. А так, всем СПАСИБО за консультации.

[Alexashka]

Поступил следующим образом

И Вам спасибо за информацию вроде все грамотно сделали, думаю работать будет хорошо оба варианта
Кстати проверил работу фильтров BLM Мюрата- классная весч! Было два аналоговых модуля, соединенных кабелем 1м. В модулях усилители НЧ. Наводку симулировал ВЧ генератором в режиме АМ-модуляции (несущая 436МГц). Антенна на выходе генератора лежала вблизи вышеуказанного кабеля. Помеха на выходе усилков наводилась достаточно мощная, пока не поставил на обоих концах кабеля два BLM фильтра. Наводка исчезла полностью. Усилки без экранов.