EO_501

ELETTRONICA OGGI 501 - APRILE 2022 29 modello di simulazione elettromagnetica per la geometria fisica e le piste del circuito stampato, e il cavo schermato a 2 anime. Il modello tridimensionale PCB SPICE è un’astrazione completa del layout fisico del PCB. Il modello 3DPCBSPICE includemolti pinchepossonoessereutilizzati per connettersi ai modelli SPICE di MEMS, amplificatori operazionali e regolatori shunt. In questo modo è possibile eseguireuna simulazione elettrica estremamente accurata. I valori dei componenti passivi (condensatori, resistori, induttori) possono essere modificati e le risonanze del sistema possono essere osservate e corrette in modo più efficiente e flessibile rispetto alle modifiche e alle prove eseguite sull’hardware reale. Il modello SPICE del cavo può essere modificato durante i test, ad esempio si può aumentarne o diminuirne la lunghezza, che può avere un effetto significativo sull’accoppiamento EMC e sulle prestazioni del sistema. Una volta terminata la simulazione EMC nel dominio del tempo, gli ingegneri possono analizzare le risposte al transiente del circuito su tempo e frequenza. A seconda del tipo di prova EMC, si deve effettuare l’analisi sul transiente o sulla frequenza. Come esempi di analisi sul transiente, si possono citare i test di immunità condotta, mentre esempi nel dominio della frequenza possono essere i test EMC per le emissioni irradiate (vedi tabella 1 per maggiori informazioni). Fase 3: Uso della simulazione per identificare i punti di debolezza EMC del progetto Una volta che il sistema completo è stato modellizzato e simulato, le dinamiche delle anomalie vengono trovate facilmente. La tensione di rumore EMC viene iniettata nello schermo del cavo. La tensione del rumore viene quindi accoppiata attraverso la capacità parassita tra lo schermo e le anime del cavo. Il rumore si dirige verso il nodo ACC sul PCB, come mostrato nella figura 6. Il percorso della corrente di rumore segue quello Fig. 5 –Modello di simulazione elettromagnetica per la geometria fisica e le reti del PCB, con cavo schermato a 2 anime a impedenza minima, in questo caso attraverso il condensatore C8 verso l’uscita dell’amplificatore operazionale. Di conseguenza l’amplificatore operazionale va in saturazione, assorbendo una corrente elevata dal nodo dell’alimentatore (V DD ), corrente che il regolatore IC1 V DD non può fornire, pertanto, la tensione V DD scende. La caduta di tensione V DD spegne temporaneamente il sensore MEMS (alimentato a 5 V nominali), causando del ripple sulla tensione in uscita dall’operazionale (rumore). È stata identificata una seconda anomalia, che sarebbe stato difficile o impossibile notare ed eliminare usando solo i test di laboratorio. Di solito, le linee di trasmissione ad alta frequenza vengono terminate con un carico che corrisponde all’impedenza del cavo di trasmissione. Il cavo IEPE è generalmente privo di terminazione, dato il bassovalore (kilohertz) della frequenzadi comunicazione dati. Tuttavia, iniettando rumore EMC nell’intervallo da 60 Mhz a 70 Mhz, dato che il cavo non è terminato con un carico adatto, le tensioni di rumore si riflettono sul bus di comunicazione. Fase 4: Uso della simulazione per identificare i miglioramenti EMC da apportare al progetto L’obiettivo è determinare le modifiche circuitali meno costose e più efficaci per la mitigazione dell’EMC. I due problemi descritti in precedenza possono essere risolti aggiungendo due condensatori, come mostrato in figura 7. Il C EMC da 22 nf allontana il rumore dai circuiti sensibili (operazionale, MEMS), con la corrente di rumore che ora viene scaricata verso terra tramite il condensatore C1, come illustrato. Per un’ulteriore garanzia di blocco di qualsiasi rumore residuo, si può aggiungere un anello in ferrite, con alta impedenza a frequenze di 100 Mhz. Il C TERM blocca le riflessioni ad alta frequenza sui cavi durante i test EMC. Come descritto nella Fase 3, l’anomalia della linea Fig. 6 – Dinamica dell’anomalia circuitale ANALOG MEMS SYSTEMS