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Productos de supresión de interferencias. recomendaciones para su selección y aplicación.

Productos de supresión de interferencias. recomendaciones para la selección y aplicación

Blandova Ekaterina Sergeevna, Doctora en Ciencias Técnicas

PRODUCTOS DE SUPRESIÓN DE INTERFERENCIAS . RECOMENDACIONES DE SELECCIÓN Y APLICACIÓN

La condición más importante para proteger la información por medios técnicos es la creación de una base de datos especializada de los componentes tecnológicos de los productos supresores de interferencias necesarios para tomar medidas en los circuitos para minimizar la generación y las emisiones espurias en la etapa de desarrollo de cualquier dispositivo electrónico.

Las emisiones espurias se deben al hecho de que pueden producirse interferencias y generación espuria en generadores, amplificadores y otras cascadas funcionales de dispositivos electrónicos. Si al desarrollar equipos no se toman medidas para suprimir estos procesos directamente en el lugar donde ocurren, se crean las condiciones para la generación, amplificación y aparición sostenible de emisiones no esenciales, cuyo nivel puede exceder las normas de interferencia de radio permisibles. La presencia de señales parásitas en el dispositivo provoca un aumento de las corrientes de paso, un aumento del consumo de energía y, en última instancia, fallos de los productos microelectrónicos.

Las emisiones de los dispositivos informáticos electrónicos están moduladas por una señal útil, existen en forma de armónicos útiles en un amplio rango de frecuencia, se propagan tanto de forma conductiva como en forma de interferencia electromagnética radiada y transportan una señal con el mismo contenido de información que las señales procesadas. . Esta radiación se puede recibir y mostrar en la pantalla del monitor del equipo de interceptación. Los dispositivos de equipos informáticos pueden ser tanto una fuente como un receptor: un dispositivo susceptible a interferencias electromagnéticas externas y puede servir como reemisor de esta interferencia.

Las emisiones adicionales y las interferencias conducidas crean canales para la fuga de información procesado en medios técnicos

Las medidas técnicas para combatir las interferencias electromagnéticas incluyen medidas para suprimir las generaciones parásitas: fuentes de radiación espuria, proteger los equipos de campos electromagnéticos externos y filtrar las interferencias conducidas.

Supresión fuente de interferenciase lleva a cabo mediante el diseño óptimo de los circuitos eléctricos y la disposición de las placas de circuito impreso, teniendo en cuenta los requisitos para minimizar la generación parásita creada por los elementos internos del dispositivo y los circuitos. Estas medidas incluyen reducir el número de circuitos puestos a tierra, desacoplar los circuitos de suministro de energía, eliminar los conductores radiantes y reconstruir o eliminar los circuitos (generadores) particularmente ruidosos.

Blindajees un medio constructivo para atenuar cualquier emisión y es de gran importancia tanto desde el punto de vista de los requisitos de susceptibilidad a las interferencias como para la prevención de emisiones de generaciones espurias. El blindaje se puede realizar mediante el uso de pantallas metálicas, rociando material conductor en la superficie interna de cajas de plástico, blindaje de cables, blindaje local de circuitos y componentes ruidosos y prácticamente consiste en localizar la energía electromagnética creada por la fuente de campo. Sin embargo, las soluciones técnicas que utilizan blindaje continuo utilizando métodos aceptables disponibles son prácticamente imposibles de implementar, así como es imposible eliminar las interferencias conducidas en conductores conectados a fuentes externas, sin crear condiciones adicionales para reducir las interferencias en ambos extremos del cable de alimentación. circuitos de señal de interfaz, y en los contactos de entrada y salida del circuito eléctrico y dentro de esa parte del circuito de señal que puede servir como antena para recibir (o irradiar) señales de interferencia.

Filtradoes el medio principal y eficaz para suprimir (atenuar) las interferencias conducidas en los circuitos de alimentación, en los circuitos de señales de interfaz y en las placas de circuito impreso, en los cables de conexión a tierra. Los filtros de interferencia le permiten reducir la interferencia conducida procedente de fuentes de ruido internas y externas (Fig. 1).

Fig. 1. Filtrar interferencias con un filtro de paso bajo.

1. Interferencia electromagnética (EMI) de diversos dispositivos radioelectrónicos.
2. Ondulaciones de corto plazo de alto voltaje.
3. Filtro de supresión de ruido.
4. Después del filtrado, la señal (voltaje de alimentación ) se suministra al dispositivo protegido.
5. Dispositivo protegido (receptor).
6. El componente de alta frecuencia del ruido que no ha pasado por el filtro pasa al suelo.
7. La ondulación de alto voltaje pasa al suelo.

El uso de elementos de supresión de ruido permite optimizar los circuitos, el diseño y las soluciones tecnológicas para minimizar o eliminar por completo la generación espuria y las radiaciones espurias, reducir la susceptibilidad de los equipos a campos electromagnéticos externos y señales de pulso, y eliminar posibles canales de fuga de información. . Aumenta la fiabilidad e inmunidad al ruido del equipo, disminuye su consumo de metales, mejoran los indicadores de peso, tamaño y coste.

Información básica sobre los filtros supresores de ruido

De acuerdo con la ubicación de la banda de paso del filtro en relación con las bandas de supresión de ruido en el espectro de frecuencia, existen cuatro clases de filtros de supresión de ruido (Fig. 2):
    — filtros de paso bajo;
    — filtros de paso alto;
    — filtros de paso de banda;
    — filtros de muesca.

Para resolver problemas específicos de garantizar la confiabilidad operativa, la compatibilidad, la inmunidad al ruido de los equipos y otros problemas tradicionales de compatibilidad electromagnética (EMC), los filtros de paso de banda y de muesca se utilizan con mayor frecuencia.

Para garantizar la inmunidad al ruido de las señales de información y proteger la información procesada con medios técnicos de fugas a través de canales de radiación electromagnética espuria e interferencias, se utilizan, por regla general, filtros de paso bajo LC de banda ancha, así como productos de ferrita para suprimir el ruido. productos de cable completos con elementos de protección y elementos de protección de equipos de visualización de información (filtros & #8212; pantallas de transmisión electromagnética), etc.

Es posible utilizar filtros activos basados en microcircuitos (amplificadores operacionales). Esto puede ser aconsejable en casos donde los filtros LC pasivos se vuelven muy voluminosos cuando la frecuencia de corte se reduce a frecuencias de audio, donde incluso al elegir una capacitancia relativamente pequeña (por ejemplo, 0,01 µF), el inductor se vuelve desproporcionadamente grande en tamaño y masa. En un filtro activo, un amplificador operacional convierte la impedancia del circuito RC conectado a él para que el dispositivo se comporte como una inductancia.

Fig. 2. Características amplitud-frecuencia de los filtros de supresión de ruido.

Selección del tipo de filtro

La elección del tipo de filtro requerido depende de las características eléctricas del sistema en el que se instalará, los requisitos de eficiencia de supresión de ruido, incluida la frecuencia de corte y la frecuencia de atenuación límite superior, es decir, características de frecuencia del circuito filtrado, así como requisitos determinados por las condiciones de operación y restricciones reales para la instalación del filtro en el equipo. Todos estos factores están ligados a las características eléctricas del filtro. Los criterios principales para elegir un filtro de ruido se muestran en la Fig. 3.

La configuración del circuito eléctrico del filtro se selecciona a partir de las siguientes consideraciones.

Filtro tipo CEs un filtro de baja inductancia que actúa como un condensador de paso, desviando el ruido a tierra. Funciona bien con impedancias de fuente y carga altas. Por encima de la frecuencia de corte, la pendiente de la pérdida de inserción es de 20 dB por década. Se debe evitar el uso de este filtro en circuitos donde sean posibles sobretensiones o procesos transitorios.

El filtro tipo G debe usarse donde la fuente y las impedancias de carga son significativamente diferentes. La inductancia debe estar orientada hacia un circuito de baja impedancia. Por encima de la frecuencia de corte, la pendiente de la pérdida de inserción es de 40 dB por década.

El filtro tipo P tiene dos condensadores de paso que desvían el ruido a tierra y una inductancia entre ellos. Este filtro representa una alta impedancia de CA tanto para la fuente como para la carga. Más adecuado para uso en circuitos con impedancias de fuente y carga altas y relativamente iguales. Por encima de la frecuencia de corte, la pendiente de la característica de atenuación de inserción es de 60 dB por década.

Filtros tipo 2P, tipo 2Ty otros se utilizan en condiciones similares a las de los filtros tipo P y T, pero donde se imponen mayores exigencias a las características del filtro o donde se requiere una supresión efectiva de interferencias en la parte inferior del rango de frecuencia operativa hasta 10 kHz. Se utilizan composiciones de elementos múltiples de 5 o más inductores y condensadores de paso. Se requiere una gran pendiente de la característica de atenuación de inserción en dichos filtros para evitar la atenuación de inserción en las frecuencias de las redes de suministro de energía, así como en filtros lineales destinados a líneas telefónicas y de datos.

Estructuras de tipos C, P y 2P permiten lograr una mayor atenuación de inserción en los casos en que la resistencia de la fuente y la carga es superior a 50 ohmios. Las estructuras T y 2T permiten lograr una mayor atenuación de inserción en los casos en que las resistencias de fuente y carga son inferiores a 50 ohmios.

Si es necesario, se pueden incluir elementos para suprimir procesos no estacionarios en el circuito eléctrico de los filtros de red.

Si el filtro se utilizará principalmente en la red de CA, existen requisitos para la corriente de fuga máxima permitida. Si el filtro se utilizará principalmente en un circuito de CC, entonces se selecciona para que coincida con el voltaje de CC. Si existe la posibilidad de que se produzcan sobretensiones, sobretensiones y otros procesos no estacionarios en los cables de alimentación, se recomienda instalar una inductancia (enlace G o T) en la entrada del filtro, que debilitará en cierta medida las posibles sobretensiones, proporcionando un cierto grado de protección para el condensador, ya que es más sensible a los procesos de elementos no estacionarios.

Impedancia de fuente
Pendiente
pérdida de inserción

Alta

Baja

Impedancia de fuente Alta
(&gt. 50 ohmios) 20 dB por década

40 dB por década

60 dB por década

80 dB por década

100 dB por década

Bajo
(< 50 ohmios) 20 dB por década

40 dB por década

60 dB por década

80 dB por década

100 dB por década

Fig. 3. Criterios para elegir un circuito de filtro de interferencias

Los filtros de supresión de interferencias son producidos tanto por empresas extranjeras como por empresas industriales nacionales. Las empresas extranjeras producen productos de supresión de interferencias en todo el rango existente: corriente de carga (0,5 — 100 A), rango de frecuencia de funcionamiento (0,01 MHz — 10 GHz), atenuación (20 — 100 dB), temperatura ambiente (-25°C… +85°C), etc. (ver Tabla 1). Además, los filtros fabricados por empresas extranjeras (Siemens, TDK, Corcom, Sprague, Timonta, Murata y muchas otras) se distinguen por una variedad de diseños (cilíndricos y rectangulares) y terminales (conexión a tierra en forma de pin, con toma de tierra separada). o terminal plano, así como con salida en forma de conector).

Filtros de supresión de ruido estándar producidos por empresas extranjeras para una red de 50 Hz 250 v

Tabla 1

Las empresas de la industria electrónica rusa producen:
— filtros de supresión de ruido de red basados en casos;
— filtros cerámicos de supresión de ruido de paso de señal;
— productos y elementos supresores de ruido de ferrita;
— Conectores eléctricos, blindados y con contactos de filtro supresor de ruido.
Entre los filtros de supresión de ruido de red (SNF) producidos por la industria nacional, se han generalizado los filtros cuyos parámetros se indican en la tabla. 2. Estos filtros son filtros LC pasivos de n etapas alojados en carcasas metálicas selladas. La conexión de la entrada-salida del filtro a la red eléctrica y la carga se realiza mediante contactos pasantes, que constan de un terminal prensado en un manguito aislante. Las partes metálicas externas del filtro están protegidas de la corrosión mediante un revestimiento galvánico.
Casi todos los tipos de filtros enumerados en la tabla. 2, relleno de compuesto epoxi y diseñado para duras condiciones de funcionamiento con un período de garantía de al menos 5 años a partir de la fecha de fabricación. A diferencia de los filtros desarrollados anteriormente (tipos FP, FPHF, FPS, etc.), en estos filtros, al sintetizar sus características de frecuencia, se utilizaron parámetros parásitos de elementos y estranguladores en circuitos magnéticos compuestos, lo que permitió mejorar significativamente su volumen específico y características de peso específicas.
Además, desarrollados para una red monofásica de dos hilos, son muy utilizados en otras redes. En la figura. Las figuras 4 y 5 muestran esquemas de conexión de filtros tipo FPBM a una red trifásica con neutro puesto a tierra y aislado. La sección de condiciones de funcionamiento de las especificaciones técnicas permite el uso de estos filtros tanto en corriente alterna (50 Hz, 220 V) como en corriente continua (12…120 V), y su funcionamiento satisfactorio en modo paralelo permite ampliar el rango de corriente. a 100A.

Figura 4 Esquema de conexión de filtros tipo FPBM a red trifásica con neutro aislado.

Figura 5. Esquema de conexión de filtros tipo FPBM a una red trifásica con neutro conectado a tierra.
Estos filtros han sido sometidos a estudios especiales de acuerdo con los documentos reglamentarios de la Comisión Técnica Estatal de Rusia, cumplen con requisitos especiales y pueden usarse como medios técnicos auxiliares en locales designados de las categorías I, II y III, donde circula información secreta en forma de voz. , y se instalan dispositivos técnicos que procesan información secreta.

Filtros de supresión de ruido de red doméstica
Tabla 2

Nº
Nombre del filtro Corriente, A no más Rango de frecuencia, MHz Atenuación de inserción,
dB Dimensiones, mm Peso, kg no más

1. Filtro contra sobretensiones tipo FR 102 de Schaffner 4 0,1&#8230 ;300 40…60 200х10х50 1,8

2. Tipo de filtro 60-SPL-030-3-3 de Spectrum Control Inc 3 0.1.-.50 20…60 41х35х32 0.2

3. Potencia filtro serie 62-MMF-050-6-13 de la empresa Spectrum Control Inc 5 0.1…50 60&#8230 ;90 63х50х32 0,3

4. Filtros de Nagano 30 0,1…20 30…50 180х130х100 3,0

5. Filtros de Silden Telec 25 0.15…300 40…80 273х191х76 3.0

6. Filtro contra sobretensiones tipo FR 501 de Schaffner 6 0,1…500 40…80 190х65х60 2.0

N.º de artículo Nombre del filtro Actual, A no más Rango de frecuencia, MHz Atenuación de inserción, dB Dimensiones totales, mm Peso, kg no más

1. FPBM-1/2/3 5/10/20 0.01… 10000 60…90 240х75х55 1,8

2. FTMA 0.5 0…4 0.01& #8230; 1000 2 25…70 45x40x25 0.1

3. FSGA 6 0.01 …500 40…60 180х140х50 1,7

4. FPPS 3 0.1… 1000 40…60 62х52х42 0,35

5. FSBS-2/4/7 1/2/5 0,01…500 15…50 104х90х60 0.6

6. FSSHK-1/FSSHK-2 3/6 0,1…1000 40…70 62х52х42 0,25

7. FPBD 15 0.01&#8230 ; 1000 30…60 104х94х52 0,6

8. FSMA 30 0.01& #8230;1000 30…60 104х94х52 0.7

9. FSBS-9 10 0.01… 1000 15…50 104х78х30 0,26

Conclusiones

1. Los filtros de supresión de ruido de red son una de las principales formas de suprimir el ruido conducido en circuitos de suministro de energía, circuitos de señal de interfaz, placas de circuito impreso y cables de conexión a tierra.
2. La corriente y la naturaleza de la carga, la cantidad de atenuación y las condiciones de funcionamiento son los principales parámetros a la hora de elegir filtros de red.
3. Entre los filtros de supresión de ruido de redes domésticas, los filtros LC pasivos como FPBM, FSShK, FSMA tienen Recientemente se han generalizado, que corresponden a los requisitos de la Comisión Técnica Estatal de Rusia para la protección contra la fuga de información clasificada debido a la radiación electromagnética lateral y las interferencias.

Literatura

1. Catálogo EEM, 1990 (p. 70)

2. Catálogo de filtros de supresión de ruido

3. Blandova E.S., Meshcheryakov Yu.I., Serezhenko I.I. Productos de supresión de interferencias de equipos electrónicos//Industria electrónica, No. 2, 1997, págs. 44 – 48

4. Blandova E.S., Serezhenko I.I. Productos supresores de interferencias producidos por la industria electrónica rusa//Industria electrónica, n° 4,2000

5. Catálogos de Siemens (p. 400), Schaffher (p. 48), TDK (p. 17), Spectrum Control Inc (p. 43), Corcom (p. 120), Curtis (p. 30).