L'aereo militare dei giorni nostri è sempre più dipendente dall'elettronica per le funzioni più disparate: avionica, comunicazioni, navigazione, sistemi di sopravvivenza, armamento e quant'altro. Le apparecchiature devono quindi essere protette contro una molteplicità di minacce, comprese le interferenze di natura elettromagnetica, tanto che, dovunque possibile, si ricorre all'uso di componenti, connettori e cavi di grado militare per garantirne la sicurezza. La crescente diffusione di sistemi elettronici su scheda impone che siano adottate efficaci e allo stesso tempo economiche misure di protezione da picchi e scariche come fulmini, ad esempio, e dal loro propagarsi agli altri sistemi elettronici interconnessi. Syfer produce e commercializza da diversi anni una vasta gamma di soluzioni di grado commerciale e militare per la protezione contro interferenze elettromagnetiche e transienti. Il catalogo spazia da semplici condensatori di disaccoppiamento, filtri Rfi/Emi per montaggio superficiale e a pannello, fino ai planar capacitor array e ai Mov (Metal oxide varistor) planar array.
Meglio fuori che dentro
Secondo Matt Ellis, Senior Engineer di Syfer, l'uso di connettori filtrati esterni è di gran lunga la migliore protezione per le unità elettroniche di controllo, perché sono in grado di bloccare le scariche all'esterno. "È molto meglio sopprimere il rumore o scaricare a terra il disturbo prima possibile,” ha dichiarato. “Affidarsi a protezioni a bordo scheda significa correre ai ripari quando il picco di tensione è ormai presente all'interno del box”. I circuiti di filtro che fanno parte dei connettori filtrati per applicazioni militari e aerospaziali utilizzano normalmente i planar capacitor array ceramici, di cui Syfer è il principale fornitore. Il Planar Capacitor Array è un singolo blocco di ceramica che comprende condensatori o combinazione di condensatori, passanti e linee di terra. Durante il funzionamento, i segnali in ingresso vedono un'impedenza estremamente bassa e si trovano davanti a una molteplicità di percorsi verso terra; i valori tipici di capacità spaziano da 47pF a 4nF per i Cog e da 250 pF a 600 nF gli X7R. Sfortunatamente questi dispositivi di filtraggio sono scarsamente efficaci nel tagliare i picchi di alta tensione, le scariche di fulmini e altri dannosi eventi transitori. Questa limitazione può essere superata grazie ai Mov planar array di Syfer che, progettati espressamente per i fabbricanti di connettori, possono essere inseriti all'interno dell'involucro dei connettori di tipo militare o aerospaziale, sia come primo equipaggiamento che come sostituzione di un capacitor planar array. Entrambi gli array presentano, nei confronti di soluzioni basate su tecnologie alternative, analoghi vantaggi in termini di ingombro e di peso.
Via libera verso terra
Ai livelli operativi di tensione, un Mov si comporta come un resistore di alto valore con una massima corrente di dispersione di 5μA. Quando la tensione raggiunge un determinato valore di soglia, il dispositivo diventa altamente conduttivo e fornisce una via di fuga verso terra, diventando così un efficace meccanismo di protezione dai transienti. A questo proposito Ellis spiega che "i Mov si comportano come un interruttore allo stato solido, creando un veloce ed efficiente percorso di corto circuito verso terra per arginare scariche o impulsi". I varistori offrono livelli di performance eccezionali, i cui limiti tipici sono 500 A di corrente di picco e 3J di energia in presenza di un transiente. Queste limitazioni dipendono dalla geometria del planare: ad esempio, modelli con alta densità e spessore ridotto possono presentare caratteristiche inferiori. La Fig. 1 mostra le proprietà V-I di un dispositivo a 47 V: a questa tensione presenta una corrente di circa 5 μA; a 1mA la tensione nominale è di 63 V, mentre a 10 A la tensione di clamp è di 90 V. Tale comportamento sarebbe riassunto nelle specifiche seguenti: tensione di lavoro 47 V, tensione nominale da 53 a 69 V e massima tensione di clamp 100 V a 10 A.
Protezioni da transienti
Con un tempo di risposta di meno di 500 ps, assenza di terminali o piste e una geometria intrinsecamente a bassa induttanza, i Mov sono più che adatti a sopprimere i transienti originati da fulmini e picchi di tensione provocati dai glitch dell'alimentatore e da circuiti di commutazione rumorosi. Tuttavia, non sono progettati per fornire una protezione continua verso le sovratensioni. In virtù della loro capacità intrinseca il Mov planar array può essere utilizzato come un semplice filtro C a bassa capacità). Per una migliore soppressione del rumore, può essere affiancato da capacitor planar array per formare un filtro C ad alta capacità o con diversi capacitor array e induttanze in ferrite per formare un filtro a P greco bilanciato o sbilanciato. Principale alternativa ai Mov planar array è il diodo Tvs (Transient voltage suppression): entrambe tecnologie che presentano numerosi vantaggi. "I diodi sono disponibili per tensioni di lavoro inferiori," commenta Ellis, "e presentano anche perdite più basse e caratteristiche di clamping più ripide." E puntualizza che i Mov possono competere coi diodi sia in termini di energia che di corrente. "Ma il grosso vantaggio è che i Mov presentano una efficienza volumetrica decisamente più elevata, che permette di inserirne molti all'interno di un singolo dispositivo. E un numero ridotto di componenti porta anche innegabili vantaggi di natura economica. La differenza con i diodi Tvs appare evidente: non solo i diodi necessitano di parti aggiuntive che ne consentano il montaggio e la connessione, ma queste parti rappresentano anche un aggravio di complessità e di peso. Il varistor planar array può essere costruito con le stesse caratteristiche dimensionali e tolleranze dei capacitor planar array usati nei connettori. Ciò significa che aggiungere la protezione ai transienti a un progetto che è già provvisto di capacitor planar array non ha necessariamente alcuna conseguenza sulle dimensioni del connettore. In conclusione, nessun'altra tecnologia per la soppressione dei transienti di tensione può uguagliare la Mov planare nell'accrescere l'efficienza dei connettori. L'abbinamento tra Mov planari e capacitor planar array è la carta vincente per un efficace filtraggio nei confronti di interferenze a basso livello come di impulsi ad alta tensione; e con costi del tutto competitivi con tecnologie alternative.
