AVDELING FOR TEKNOLOGI

Transkript

1 AVDELING FOR TEKNOLOGI INSTITUTT FOR ELEKTROTEKNIKK Eksamensdato/date: 24. mai 2000/ May 24.th 2000 Varighet/Duration: 4 timer / 4 hours Fagnummer: SV802E Fagnavn/Subject: EMC fjernundervisning Vekttall/Credits: 2 Klasse(r): Faglærer/Teachers: Petter Brækken, Stein Øvstedal Hjelpemidler: Kalkulator / Calculator Oppgavesettet består 6 sider / 6 pages et består av: 12 sider / 12 pages Lærertelefon: (Teacher contact telephone) Lykke til! / Good luck. OPPGAVE 1. (ca 24%) Flervalgsoppgave. Velg ett av svaralternativene. Det gis trekk for galt svar fordi poenggivingen er justert i forhold til antall alternativer, slik at ren gjetting i det lange løp skal gi 0 poeng. "Vet ikke" gir ikke trekk. Skriv koden for valgt svar på eksamensarket. a) Det er EMC-messig gunstig å bruke helt jordplan på kretskort fordi 1) det gir skjerming mot elektromagnetisk felt 2) det gir små strømsløyfearealer 3) det øker jordingsimpedansen 4) Vet ikke b) Transiente overspenninger på 12V strømnettet i en bil vil typisk kunne skyldes 1) Sterke elektromagnetiske felter, for eksempel fra kringkastingssendere. 2) Innkopling av store kapasitive laster 3) utkopling av induktive laster med stort strømtrekk 4) vet ikke

2 2 c) Et -merke plassert på et utstyr indikerer at 1) utstyret tilfredsstiller EMC-direktivet 2) utstyret tilfredsstiller alle direktiver som gjelder for denne type utstyr 3) utstyret har vært testet av et akkreditert testhus 4) vet ikke d) a b Figuren viser tre alternative utlegg for plassering av en overflatemontert (SMD) avkoplingskondensator (venstre vertikale lederstripe er jord). Det beste utlegget er 1) a 2) b 3) c 4) Vet ikke c e) I hvilket frekvensområde tester vi utstrålt støy (ikke ledningsbundet)? 1) 50Hz-150kHz 2) 150kHz-30MHz 3) 30MHz-1GHz 4) Vet ikke f) Ved stråling gjennom en rektangulær åpning i en skjerm har følgende parameter størst betydning: 1) Åpningens bredde 2) Åpningens lengde 3) Åpningens areal 4) Vet ikke g) Ei antenne med antennefaktor AF=10 [db/m] er koplet til en spektrumanalysator via en kabel med dempning A=2 [db]. Antenna står i fjernfeltet fra en elektromagnetisk strålingskilde. Spektrumanalysatoren viser et nivå V=+38 [dbµv] når antenna stilles for maksimalt signal ut til analysatoren. Den elektriske feltstyrken ved antenna er da 1) -20 [dbµv/m] 2) +20 [dbµv/m] 3) +50 [dbµv/m] 4) Vet ikke h) Du ønsker å gjøre målinger av følsomhet for ledningsbundet støy. Du trenger da en : 1) "ESD-pistol" 2) "LISN" 3) "TEM-celle" 4) Vet ikke

3 3 i) For å skjerme mot magnetisk støy (LF) bruker vi : 1) "ì-metallplater" 2) aluminiumplater 3) ferrittringer 4) Vet ikke j) Hvilken organisasjon lager EU-standarder som brukes i EMC-direktivet 1) NEMKO 2) CENELEC 3) IEC 4) Vet ikke k) Hvilket av disse produktene er unntatt fra EMC-direktivet? 1) Selvbygd radioamatørutstyr 2) Radiosendere 3) Batteridrevne barbermaskiner (og lignende) 4) Vet ikke l) K Figuren viser skisse av et tosidig printutlegg med digitalkretser. Noen koplingspunkter er vist og angitt med bokstavene A til J. Kortets dimensjoner er l 6 cm og h 1 4 cm. Strømtilførselen (5V, 0V) og to signalforbindelser (en mellom A-K og en mellom F-H) er inntegnet. Hvilken av banene i skissen fungerer som en strømsløyfe for en av signalstrømmene? 1) BHIJC 2) FHIJDE 3) ABJIH 4) Vet ikke

4 4 OPPGAVE 2. (ca 23%) a) Forklar hva en generisk standard er og når den anvendes. b) Firmaet ditt lager regulatorer for lysregulering. En ny modell skal ut på markedet. Forklar hvordan dere må gå fram for å få de ut på markedet med tanke på EMC-direktivet. ( -merkes). Begrunn svaret. c) Forklar når vi bruker en LISN (Line Impedance Stabilising Network) og hvorfor. d) Forklar kort om jordingssystemer og når de forskjellige er hensiktsmessige å anvende. e) Forklar kort om skjerming (virkningsmekanismer) og hvordan du vil skjerme mot forskjelling type støy. f) Beskriv kort hva vi mener med EMC/ "elektronisk sameksistens". OPPGAVE 3. (ca 8%) Forklar hvorfor den konstruksjon på figuren under er dårlig med hensyn på støy inn og ut via nettkabelen. Figuren viser et skjermet kabinett med hovedbryter for nettspenning, nettfilter og strømforsyning (switch mode). Nettledning Bakpanel Strømforsyning Nettfilter Nettbryter Frontpanel Lag en skisse som viser de forandringene du synes bør gjøres. Begrunn svaret.

5 5 OPPGAVE 4. (ca 21%) Signalleder IC1 IC2 1cm 1cm 0V cm 1cm Figuren viser noe av et utlegg på et kretskort (FR4) som er 1,6mm tykt. Kun en signalleder og 0V for to IC-kretser er vist. Det viser seg at IC2 trekker 40mA i svitjingene. Pulsen er trapesformet med stigetid og falltid på 6ns. Halvverdibredden (tid mellom 50% nivåene) til pulsen er 10ns (se figur). Signalnivået er 3V (høyt nivå). Tilkobling til 0V ligger lenger til venstre enn det figuren viser. Anta 1mΩ/mm og 1nH/mm i ledningsbanene. 40mA 10ns 0mA 6ns 6ns t a) Forklar hvorfor vi får spenningsdropp ved IC1 pga IC2. b) Beregn spenningsdroppet, ÄV, mellom IC1 (pinne7) og IC2 (pinne 7) på grunn av strømtrekket i IC2. c) Skisser spenningsdroppet, ÄV, ref. b) som funksjon av tiden. d) Hva kan du si om frekvensspekteret til strømmen. Skisser et asymptotisk plott. e) Det viser seg at sløyfa som består av signalleder og jordleder tar i mot støy fra mobiltelefoner. Beregn indusert spenning ved et felt med elektrisk feltstyrke på 5V/m ved 900MHz under de forhold som gir mest induksjon. Anta sinusformet fluks. E Frittromsimpedansen / free space impedance Z 0 = = 120π 377 H d Φ = B A, B = µ H, Ui ( t) = Φ, se vedlegg for konstanter etc. dt [ Ω] = [ Ω] f) Du finner ut at jordplan vil være gunstig. Hvor mye vil dette redusere den induserte støyen? g) Hvordan vil jordplanet påvirke spenningsdroppet beregnet i spørsmål a) og b).,

6 6 OPPGAVE 5. (ca 5%) Vi måler 0,5mV/m utstrålt feltstyrke fra et apparat på 950MHz i en avstand av 1,5 meter. Anta fjernfelt. I følge EMC-direktivet skal strålingen være mindre enn 37 dbìv/m i en avstand p å 10 meter for å oppfylle kravene. Hvor stor vil strålingen fra apparatet vårt være på 10 meter. Kommentér svaret. Holder apparatet vårt kravene? OPPGAVE 6. (ca 19%) Plastkabinett Toppkort Bunnkort Figuren viser et utstyr bygd i et plastkabinett. Elektronikken er oppbygd på to kretskort, et bunnkort og et toppkort. Bunnkortet innholder et mikroprosessorsystem, strømforsyning og inn/ut-kretser. Eksterne ledninger tilkoples med konnektorer. Det er eksterne tilkoplinger i begge ender av kortet. Toppkortet inneholder display, tastatur og noen digitalkretser. De to kortene er sammenkoplet med en båndkabel. Prosessorbussen på bunnkortet tilkoples via båndkabelen til toppkortet, slik at en enkel styring av display og avkoding av tastaturet er mulig. Kabelen er ca. 15 cm lang slik at det er mulig å ta av kabinettets overdel uten å demontere tastaturet og fjerne båndkabelen. Ved EMC-testing av utstyret konstateres følgende problemer: Det er for stor feltbåret emisjon fra utstyret Utstyret er for følsomt for burst-transienter Utstyret er for følsomt for elektriske utladninger nær apparatet (ikke mot selve apparatet). Konstruksjonsavdelingen kryper omsider til korset og går til bedriftens EMC-spesialist (deg) og ber deg angi mulige årsaker til apparatets dårlige EMC-egenskaper. Du blir også bedt om å foreslå forbedringer ved konstruksjonen som kan gjøre det mulig å få apparatet EMC-godkjent. De vil prioritere tiltak som ikke medfører for store tilleggskostnader.

7 1

8 2

9 3

10 4

11 5

12 6

13 7

14 8

15 9

16 10

17 11

18 12