Cómo mejorar la capacidad antiinterferencias de los productos electrónicos con procesadores

1. Los siguientes sistemas prestarán especial atención a las interferencias antimagnéticas: 1. El microcontrolador tiene una frecuencia de reloj muy alta y un ciclo de bus muy rápido. 2. El sistema contiene circuitos impulsores de alta potencia y alta corriente, como relés generadores de chispas, interruptores de alta corriente, etc. 3. El sistema incluye un circuito de señal analógica débil y un circuito de conversión A/D de alta precisión. 2. Se tomarán las siguientes medidas para aumentar la capacidad antiinterferencias electromagnéticas del sistema: 1. Seleccionar microcontrolador con baja frecuencia. El microcontrolador con baja frecuencia de reloj externo puede reducir eficazmente el ruido y mejorar la capacidad antiinterferente del sistema. Para ondas cuadradas y sinusoidales con la misma frecuencia, el componente de alta frecuencia en la onda cuadrada es mucho mayor que el de la onda sinusoidal. Aunque la amplitud del componente de alta frecuencia de la onda cuadrada es menor que la de la onda fundamental, cuanto mayor es la frecuencia, más fácil es emitirla como fuente de ruido. El ruido de alta frecuencia más influyente generado por el microcontrolador es aproximadamente tres veces la frecuencia del reloj. 2. Reducir la distorsión en la transmisión de la señal. Los microcontroladores se fabrican principalmente con tecnología CMOS de alta velocidad. La corriente de entrada estática del terminal de entrada de señal es de aproximadamente 1 mA, la capacitancia de entrada es de aproximadamente 10 PF y la impedancia de entrada es bastante alta. El terminal de salida del circuito CMOS de alta velocidad tiene una capacidad de carga considerable, es decir, un valor de salida considerable. Si el terminal de salida de una puerta se conduce al terminal de entrada con una impedancia de entrada relativamente alta a través de una línea larga, el problema de reflexión es muy grave, lo que provocará distorsión de la señal y aumentará el ruido del sistema. Cuando Tpd ＞ Tr, se convierte en un problema de la línea de transmisión y se deben considerar la reflexión de la señal, la adaptación de impedancia y otros problemas. El tiempo de retardo de la señal en la PCB está relacionado con la impedancia característica del cable, es decir, la constante dieléctrica del material de la PCB. Se puede considerar aproximadamente que la velocidad de transmisión de la señal en el cable de la PCB es aproximadamente de 1/3 a 1/2 de la velocidad de la luz. El Tr (tiempo de retardo estándar) de los elementos telefónicos lógicos comunes en el sistema compuesto por microcontrolador está entre 3 y 18 ns. En la placa de circuito impreso, la señal pasa a través de una resistencia de 7 W y un cable de 625 px de largo, y el tiempo de retardo de la línea es de aproximadamente 4 ~ 20 ns. En otras palabras, cuanto más corto sea el cable de señal en el circuito impreso, mejor, y el más largo no debe exceder los 625 px. Y el número de vías debe ser lo más pequeño posible, preferiblemente no más de 2. Cuando el tiempo de subida de la señal es más rápido que el tiempo de retardo de la señal, debe procesarse según la electrónica rápida. En este momento, se considerará la adaptación de impedancias de la línea de transmisión. Para la transmisión de señales entre bloques integrados en una placa de circuito impreso, se evitará la situación de Td ＞ Trd. Cuanto más grande sea la placa de circuito impreso, más rápida será la velocidad del sistema. Resuma una regla de diseño de PCB con las siguientes conclusiones: Cuando la señal se transmite en la placa impresa, su tiempo de retardo no será mayor que el tiempo de retardo nominal del dispositivo utilizado. 3. Reducir la interferencia cruzada entre líneas de señal. Una señal de paso con un tiempo de subida de Tr en el punto A se transmite al extremo B a través del cable AB. El tiempo de retardo de la señal en la línea AB es Td. En el punto D, debido a la transmisión directa de la señal del punto A, la reflexión de la señal después de llegar al punto B y el retraso de la línea AB, se inducirá una señal de pulso de búsqueda con un ancho de Tr después del tiempo Td. En el punto C, debido a la transmisión y reflexión de la señal en AB, se inducirá una señal de pulso positivo con un ancho dos veces el tiempo de retardo de la señal en la línea AB, es decir, 2Td. Esta es la interferencia cruzada entre señales. La intensidad de la señal de interferencia está relacionada con la di/at de la señal del punto C y la distancia entre líneas. Cuando las dos líneas de señal no son muy largas, lo que se ve en AB es en realidad la superposición de dos pulsos. El microcontrol realizado mediante el proceso CMOS tiene alta impedancia de entrada, alto ruido y alta tolerancia al ruido. El circuito digital no afecta su funcionamiento si se le superpone un ruido de 100-200mv. Si la línea AB de la figura es una señal analógica, dicha interferencia será intolerable. Si la placa de circuito impreso es una placa de cuatro capas, una de las cuales es una gran área de tierra, o una placa de doble cara, y el reverso de la línea de señal es una gran área de tierra, la interferencia cruzada entre señales será reducido. La razón es que la impedancia característica de la línea de señal se reduce en un área grande y el reflejo de la señal en el terminal D se reduce considerablemente. La impedancia característica es inversamente proporcional al cuadrado de la constante dieléctrica del medio entre la línea de señal y tierra, y es proporcional al logaritmo natural del espesor del medio. Si la línea AB es una señal analógica, se debe evitar la interferencia de la línea de señal del circuito digital CD a AB. Debe haber una gran área de terreno debajo de la línea AB, y la distancia entre la línea AB y la línea CD debe ser 2-3 veces mayor que la distancia entre la línea AB y el suelo. Se puede utilizar la tierra de blindaje local y el cable de tierra se puede colocar en los lados izquierdo y derecho del cable con la unión. 4. Reducir el ruido de la fuente de alimentación La fuente de alimentación no sólo proporciona energía al sistema, sino que también añade ruido a la fuente de alimentación. La línea de reinicio, la línea de interrupción y otras líneas de control del microcontrolador en el circuito son las más vulnerables a la interferencia del ruido externo. La fuerte interferencia en la red eléctrica ingresa al circuito a través de la fuente de alimentación. Incluso en el sistema alimentado por batería, la propia batería también tiene ruido de alta frecuencia. La señal analógica en el circuito analógico no puede soportar la interferencia de la fuente de alimentación. 5. Preste atención a las características de alta frecuencia de los componentes y placas de cables impresos. En el caso de alta frecuencia, no se pueden ignorar los cables, vías, resistencias, capacitancias, inductancias distribuidas y capacitancias de los conectores en la placa de circuito impreso. No se pueden ignorar la inductancia distribuida de la capacitancia y la capacitancia distribuida de la inductancia. La resistencia reflejará la señal de alta frecuencia y la capacitancia distribuida del cable desempeñará un papel. Cuando la longitud es mayor que 1/20 de la longitud de onda correspondiente de la frecuencia del ruido, se generará el efecto de antena y el ruido se transmitirá hacia afuera a través del cable. La vía de la placa de circuito impreso provoca una capacitancia de aproximadamente 0,6 pf. Se introduce un condensador de 2-6 pf en el material de embalaje de un circuito integrado. Un conector en una placa de circuito tiene una inductancia distribuida de 520 nH. Se introduce un bloque de circuito integrado de 24 pines con corte recto de doble fila con un inductor distribuido de 4 ~ 18 nH. Estos pequeños parámetros distribuidos pueden ignorarse en este sistema de microcontrolador de baja frecuencia; Se debe prestar especial atención a los sistemas de alta velocidad. 6. La disposición de los elementos se dividirá razonablemente. Se considerará plenamente la interferencia antimagnética para la posición de los componentes dispuestos en la placa de circuito impreso. Uno de los principios es que los cables entre los componentes sean lo más cortos posible. En términos de diseño, la parte de la señal analógica, la parte del circuito digital de alta velocidad y la parte de la fuente de ruido (como un relé, un interruptor de corriente grande, etc.) deben estar razonablemente separadas para minimizar el acoplamiento de señales entre ellas. 7. Manejar el cable de tierra. En la placa de circuito impreso, el cable de alimentación y el cable de tierra son los más importantes. La forma más importante de superar las interferencias electromagnéticas es la conexión a tierra. Para los tableros de doble cara, la disposición del cable de tierra es particularmente particular. Al utilizar el método de conexión a tierra de un solo punto, la alimentación y la tierra se conectan a la placa de circuito impreso desde ambos extremos de la fuente de alimentación, con un contacto para la fuente de alimentación y un contacto para la tierra. Debe haber varios cables de tierra de retorno en la placa de circuito impreso, que convergerán al contacto de la fuente de alimentación de retorno, lo que se denomina conexión a tierra de punto único. La llamada apertura de tierra analógica, tierra digital y dispositivos de alta potencia significa que el cableado se separa y finalmente se reúne en este punto de tierra. Los cables blindados se suelen utilizar para conectar señales fuera de la placa de circuito impreso. Para señales digitales y de alta frecuencia, ambos extremos del cable blindado están conectados a tierra. Un extremo del cable blindado utilizado para señales analógicas de baja frecuencia debe estar conectado a tierra. Los circuitos que sean muy sensibles al ruido y las interferencias o circuitos con ruido de alta frecuencia especialmente graves deben protegerse con cubiertas metálicas. 8. Utilice bien el condensador de desacoplamiento. Un buen condensador de desacoplamiento de alta frecuencia puede eliminar componentes de alta frecuencia de hasta 1 GHz. Los condensadores de chip cerámico o los condensadores cerámicos multicapa tienen mejores características de alta frecuencia. Al diseñar una placa de circuito impreso, se debe agregar un capacitor de desacoplamiento entre la fuente de alimentación y la tierra de cada circuito integrado. El condensador de desacoplamiento tiene dos funciones: por un lado, es el condensador de almacenamiento de energía del circuito integrado, proporcionando y absorbiendo la energía de carga y descarga del circuito integrado en el momento de abrir y cerrar la puerta; Por otro lado, se evita el ruido de alta frecuencia del dispositivo. Un condensador de desacoplamiento típico con una capacitancia de desacoplamiento de 0,1 uf en un circuito digital tiene una inductancia distribuida de 5 nH y su frecuencia de resonancia paralela es de aproximadamente 7 MHz, lo que significa que tiene un buen efecto de desacoplamiento en el ruido por debajo de 10 MHz y poco efecto en el ruido. por encima de 40 MHz. La frecuencia de resonancia paralela de los condensadores de 1 uf y 10 uf es superior a 20 MHz y el efecto de eliminar el ruido de alta frecuencia es mejor. A menudo resulta ventajoso tener un condensador de alta frecuencia de 1 uf o 10 uf donde la fuente de alimentación ingresa a la placa impresa. Incluso los sistemas que funcionan con baterías necesitan este condensador. Se añadirá un condensador de descarga de carga, o condensador de descarga de almacenamiento, por cada 10 circuitos integrados aproximadamente. El tamaño del condensador puede ser de 10uf. Es mejor no utilizar condensadores electrolíticos. Los condensadores electrolíticos están enrollados en dos capas de películas delgadas. Esta estructura enrollada es una inductancia a altas frecuencias. Es mejor utilizar un condensador de vesícula biliar o un condensador de preparación de policarbonato. El valor de la capacitancia de desacoplamiento no se selecciona estrictamente y se puede calcular como C=1/f; Es decir, se toman 0,1 uf para 10 MHz y se pueden tomar 0,1 ~ 0,01 uf para el sistema compuesto por microcontrolador. 3 、 Alguna experiencia en la reducción de ruido e interferencias electromagnéticas. Si puede utilizar chips de baja velocidad, no necesita chips de alta velocidad. Se utilizan chips de alta velocidad en lugares clave. Se puede utilizar una serie de resistencias para reducir la tasa de salto de los bordes superior e inferior del circuito de control. Intente proporcionar algún tipo de amortiguación para los relés, etc. Utilice el reloj con la frecuencia más baja que cumpla con los requisitos del sistema. El generador de reloj estará lo más cerca posible del dispositivo que utiliza el reloj. La carcasa del oscilador de cristal de cuarzo deberá estar conectada a tierra. Encierre en un círculo el área del reloj con un cable a tierra y manténgalo lo más corto posible. El circuito de control de E/S debe estar lo más cerca posible del borde de la placa impresa, para que pueda salir de la placa impresa lo antes posible. Se filtrará la señal que ingresa a la PCB y también se filtrará la señal proveniente del área de alto ruido. Al mismo tiempo, se utilizará la resistencia del terminal serie para reducir la reflexión de la señal. El extremo inútil del MCD deberá estar conectado en alto, conectado a tierra o definido como un extremo de salida. Los terminales de alimentación y tierra del circuito integrado deberán estar conectados y no suspendidos. El terminal de entrada del circuito de puerta no utilizado no se suspenderá, el terminal de entrada positivo del amplificador operacional no utilizado se conectará a tierra y el terminal de entrada negativo se conectará al terminal de salida. La placa impresa utilizará 45 líneas de pliegue en lugar de 90 líneas de pliegue en la medida de lo posible para reducir la transmisión externa y el acoplamiento de señales de alta frecuencia. La placa de circuito impreso se dividirá de acuerdo con las características de conmutación de frecuencia y corriente, y los componentes de ruido estarán más alejados de los componentes sin ruido. La fuente de alimentación de un solo punto y la conexión a tierra de un solo punto, la línea eléctrica y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible para paneles simples y paneles dobles. Si la economía es asequible, se utilizarán placas multicapa para reducir la inductancia de la fuente de alimentación y de tierra. Las señales de reloj, bus y selección de chip deberán estar alejadas de las líneas y conectores de E/S. La línea de entrada de voltaje analógico y el terminal de voltaje de referencia deben estar alejados de la línea de señal del circuito digital, especialmente del reloj. Para dispositivos A/D, la parte digital y la parte analógica deben estar unificadas en lugar de cruzarse. La línea de reloj perpendicular a la línea de E/S tiene menos interferencia que la línea de E/S paralela y el pin del elemento de reloj está lejos del cable de E/S. El pin del elemento será lo más corto posible y el pin del condensador de desacoplamiento será lo más corto posible. Las líneas clave deben ser lo más gruesas posible y se deben agregar áreas protectoras en ambos lados. Las líneas de alta velocidad deben ser cortas y rectas. Las líneas sensibles al ruido no serán paralelas a las líneas de conmutación de alta corriente y alta velocidad. No pase cables debajo de cristales de cuarzo o dispositivos sensibles al ruido. No forme bucles de corriente alrededor del circuito de señal débil y del circuito de baja frecuencia. Ninguna señal debería formar un bucle. Si es inevitable, haga el área del bucle lo más pequeña posible. Un condensador de desacoplamiento por IC. Se agregará un pequeño capacitor de derivación de alta frecuencia al lado de cada capacitor electrolítico. Utilice condensadores de tantalio de alta capacidad o condensadores Juku en lugar de condensadores electrolíticos como condensadores de almacenamiento de energía de carga y descarga de circuitos. Cuando se utilizan condensadores tubulares, la carcasa debe estar conectada a tierra.