Чрезвычайные ситуации

4.8 Чрезвычайные ситуации

В данном разделе представлен материал на тему «Основные конструктивные методы защиты радиоэлектронной аппаратуры от воздействия сильных электромагнитных излучений.

Приступая к эксплуатации средств вычислительной техники пользователю желательно знать, какие нарушения работоспособного состояния полупроводниковых приборов и типовых схем могут возникнуть при воздействии различных видов ионизационного излучения, являются ли они временными (обратимыми) или постоянными (необратимыми).

В первом приближении эффекты от воздействия ионизационного излучения можно рассматривать независимо, тем более что в реальных условиях на схему сначала действует гамма-импульс, а затем с определенным временным сдвигом — нейтронный импульс.

Ионизация, обусловленная действием гамма импульса, оказывает влияние на работу, например, интегральной схемы благодаря одному из трех механизмов: возникновению фототоков, протекающих через обратносмещенные переходы, полному нарушению работы транзистора и ухудшению свойств поверхности.

Фототоки, протекающие в цепях, могут приводить к появлению сигнала помехи на выходе схемы длительностью от нескольких наносекунд до сотен миллисекунд в зависимости от времени восстановления элементов схем. Может также произойти полное нарушение работоспособности транзисторов, например, в ИС с изоляцией p—n-переходами из-за того, что переход между коллектором и подложкой во время действия гамма импульса становится проводящим. Полное нарушение работоспособности схемы может также возникнуть из-за того, что соответствующие элементы становятся проводящими и могут пропускать неограниченный ток через переходы в режиме насыщения. При этом могут возникнуть как вторичный пробой, так и выгорание металлизации или перегорание токопроводящих цепей.

Воздействие нейтронов, в свою очередь, также полностью нарушает работоспособность схем из-за недопустимой деградации параметров приборов, либо приводит к временным отказам, обусловленным ионизацией из-за действия нейтронов или отжига нестабильных структурных повреждений. Накопление поверхностного заряда или образование зарядов в окружающей атмосфере также приводит к деградированию параметров полупроводниковых приборов.

Каждый из типов аппаратуры требует конкретного комплекса мероприятий, сущность которых раскрыта ниже в изложении методов повышения и обеспечения стойкости РЭА к действию ЭМИ: конструкционных, схемотехнических, структурно-функциональных.

Рассмотрим подробнее конструкционные методы. Общий принцип конструкционных методов защиты от ЭМИ состоит в улучшении экранирования кабелей, аппаратуры, выбора наилучших схем заземления для каждого конкретного случая.

Экранирование является наиболее радикальным и, можно сказать, единственным эффективным способом защиты проводных линий. Оно позволяет одновременно решать следующие задачи: уменьшать опасные напряжения, наводимые в линиях под действием ЭМИ, а также уровни полей, проникающих в экранированные блоки по линиям связи. При использовании экранированных проводных линий следует учитывать, что эффективность экранирования в значительной степени зависит от места присоединения экранирующей оплетки к системе заземления объектов и качества этих соединений. Применение экранирующей оболочки, не соединенной с заземлением, не дает практически экранирующего эффекта. Это объясняется тем, что в данном случае в оболочке не возникают токи, поле которых могло бы уменьшить магнитную составляющую ЭМИ.

Помимо экранирования для уменьшения амплитуды напряжений, действующих в соединительных линиях в результате воздействия ЭМИ, следует выполнять эти связи с помощью симметричных линий. Симметрирование заключается в скручивании с определенным шагом проводов линии для выравнивания параметров каждого из них по отношению к земле. В этом случае напряжение, действующее на нагрузке, равно разности напряжений, наведенных ЭМИ в прямом и обратном проводах линии, и тем меньше, чем меньше отличаются полные сопротивления этих проводов относительно земли или экранной оболочки линии.

Значительное снижение влияния напряжений и токов, наводимых ЭМИ в соединительных линиях на элементы аппаратуры, достигается применением гальванического разделения внутренних и внешних линий связи. В качестве элементов гальванического разделения могут быть использованы трансформаторы, датчики Холла и т. д.

В настоящее время разработан ряд защитных устройств для защиты электроснабжения, управления и связи от наводок ЭМИ [11,12]. Однако эти защитные стройства имеют ограниченную пропускную способнность. При создании защитных устройств на токи до нескольких десятков килоампер, основанных на традиционных принципах работы, последние имеют большие габаритные размеры. В этих случаях особенно перспективны защитные устрпойства на базе сверхбыстродействующих взрывных коммутаторов [12].

Простым и эффективным способом этой экранировки является размещение всего электронного оборудования в металлической оболочке (экране). Правильно рассчитанная оболочка становится весьма эффективным экраном, защищающим от внешних генерируемых шумов и возмущений. Однако она не может снизить шумы, генерированные источниками, находящимися вннутри металлической оболочки. Для снижения внутренних генерируемых возмущений могут быть применены различные заземляющие схемы. Если ввод в экранирующую оболочку выполнен неправильно, экранировка и заземление бесполезны. Таким образом, заземление, экранировку и прокладку кабелей рассматривают как различные аспекты одной и той же проблемы [15,16]