نحوه بهبود توانایی ضد تداخل محصولات الکترونیکی با پردازنده ها

1- سیستم های زیر باید توجه ویژه ای به تداخل الکترومغناطیسی داشته باشند: 1. میکروکنترلر دارای فرکانس کلاک بسیار بالا و سیکل اتوبوس بسیار سریع است. 2. سیستم شامل مدارهای درایو با قدرت بالا و جریان بالا مانند رله های تولید جرقه، سوئیچ های جریان بالا و غیره است. 3. این سیستم شامل مدار سیگنال آنالوگ ضعیف و مدار تبدیل A/D با دقت بالا است. 2- اقدامات زیر باید برای افزایش قابلیت تداخل الکترومغناطیسی سیستم انجام شود: 1. میکروکنترلر با فرکانس پایین را انتخاب کنید میکروکنترلر با فرکانس ساعت خارجی پایین می تواند به طور موثر نویز را کاهش دهد و توانایی ضد تداخل سیستم را بهبود بخشد. برای موج مربعی و موج سینوسی با فرکانس یکسان، مولفه فرکانس بالا در موج مربعی بسیار بیشتر از موج سینوسی است. اگرچه دامنه مولفه فرکانس بالا موج مربعی کوچکتر از موج اصلی است، اما هر چه فرکانس بالاتر باشد، انتشار آن به عنوان منبع نویز آسانتر است. تاثیرگذارترین نویز فرکانس بالا که توسط میکروکنترلر تولید می شود، حدود سه برابر فرکانس کلاک است. 2. کاهش اعوجاج در انتقال سیگنال میکروکنترلرها عمدتاً با فناوری CMOS پرسرعت تولید می شوند. جریان ورودی استاتیک ترمینال ورودی سیگنال حدود 1 میلی آمپر، ظرفیت ورودی حدود 10PF و امپدانس ورودی بسیار زیاد است. ترمینال خروجی مدار CMOS پرسرعت ظرفیت بار قابل توجهی دارد، یعنی مقدار خروجی قابل توجهی دارد. اگر ترمینال خروجی یک گیت از طریق یک خط طولانی به ترمینال ورودی با امپدانس ورودی نسبتاً بالا هدایت شود، مشکل انعکاس بسیار جدی است که باعث اعوجاج سیگنال و افزایش نویز سیستم می شود. وقتی Tpd ＞ Tr تبدیل به یک مشکل خط انتقال می شود و بازتاب سیگنال، تطبیق امپدانس و سایر مشکلات باید در نظر گرفته شود. زمان تأخیر سیگنال روی PCB مربوط به امپدانس مشخصه سرب، یعنی ثابت دی الکتریک ماده PCB است. تقریباً می توان در نظر گرفت که سرعت انتقال سیگنال در لید PCB حدود 1/3 تا 1/2 سرعت نور است. Tr (زمان تاخیر استاندارد) عناصر تلفن منطقی رایج در سیستم متشکل از میکروکنترلر بین 3 تا 18 ns است. در برد مدار چاپی، سیگنال از یک مقاومت 7 وات و یک لید با طول 625 پیکسل عبور می کند و زمان تاخیر خط حدود 4 تا 20 ثانیه است. به عبارت دیگر، هرچه لید سیگنال در مدار چاپی کوتاه‌تر باشد، بهتر است و طولانی‌ترین آن نباید از 625 پیکسل بیشتر باشد. و تعداد ویاها باید تا حد امکان کم باشد، ترجیحاً بیش از 2 عدد نباشد. هنگامی که زمان افزایش سیگنال سریعتر از زمان تاخیر سیگنال است، باید مطابق با الکترونیک سریع پردازش شود. در این زمان، تطابق امپدانس خط انتقال باید در نظر گرفته شود. برای انتقال سیگنال بین بلوک های یکپارچه روی یک برد مدار چاپی، باید از وضعیت Td ＞ Trd اجتناب شود. هرچه برد مدار چاپی بزرگتر باشد، سرعت سیستم نمی تواند سریعتر باشد. یک قانون طراحی PCB را با نتایج زیر خلاصه کنید: هنگامی که سیگنال بر روی برد چاپ شده مخابره می شود، زمان تاخیر آن نباید بیشتر از زمان تاخیر اسمی دستگاه مورد استفاده باشد. 3. تداخل متقاطع بین خطوط سیگنال را کاهش دهید یک سیگنال پله ای با زمان افزایش Tr در نقطه A از طریق سرب AB به انتهای B ارسال می شود. زمان تأخیر سیگنال در خط AB Td است. در نقطه D به دلیل انتقال رو به جلو سیگنال نقطه A، انعکاس سیگنال پس از رسیدن به نقطه B و تاخیر خط AB، سیگنال پالس صفحه با عرض Tr پس از زمان Td القا می شود. در نقطه C به دلیل ارسال و انعکاس سیگنال در AB یک سیگنال پالس مثبت با عرض دو برابر زمان تاخیر سیگنال در خط AB القا می شود، یعنی 2Td. این تداخل متقاطع بین سیگنال ها است. قدرت سیگنال تداخل به di/at سیگنال نقطه C و فاصله بین خطوط مربوط می شود. وقتی دو خط سیگنال خیلی طولانی نیستند، آنچه در AB می بینید در واقع برهم نهی دو پالس است. میکرو کنترل ساخته شده توسط فرآیند CMOS دارای امپدانس ورودی بالا، نویز بالا و تحمل نویز بالا است. مدار دیجیتال در صورتی که با نویز 100-200 mv بر روی آن قرار گیرد، بر عملکرد آن تأثیر نمی گذارد. اگر خط AB در شکل یک سیگنال آنالوگ باشد، چنین تداخلی غیرقابل تحمل خواهد شد. اگر برد مدار چاپی یک برد چهار لایه باشد که یکی از آنها مساحت زیادی از زمین یا یک برد دو طرفه باشد و سمت عقب خط سیگنال یک سطح بزرگ از زمین باشد، تداخل متقاطع بین سیگنال ها خواهد بود. کاهش. دلیل آن این است که امپدانس مشخصه خط سیگنال در یک منطقه بزرگ کاهش می یابد و بازتاب سیگنال در ترمینال D بسیار کاهش می یابد. امپدانس مشخصه با مربع ثابت دی الکتریک محیط بین خط سیگنال و زمین نسبت معکوس دارد و با لگاریتم طبیعی ضخامت محیط متناسب است. اگر خط AB یک سیگنال آنالوگ است، باید از تداخل خط سیگنال مدار دیجیتال CD به AB اجتناب شود. باید سطح زیادی از زمین زیر خط AB وجود داشته باشد و فاصله بین خط AB و خط CD باید 2-3 برابر بیشتر از فاصله بین خط AB و زمین باشد. می توان از زمین محافظ موضعی استفاده کرد و سیم زمین را می توان در سمت چپ و راست سیم سربی با اتصال قرار داد. 4. سر و صدای منبع تغذیه را کاهش دهید منبع تغذیه نه تنها انرژی سیستم را تامین می کند، بلکه نویز آن را نیز به منبع تغذیه اضافه می کند. خط ریست، خط وقفه و سایر خطوط کنترل میکروکنترلر در مدار بیشترین آسیب پذیری را در برابر تداخل نویز خارجی دارند. تداخل شدید در شبکه برق از طریق منبع تغذیه وارد مدار می شود. حتی در سیستم باتری دار، خود باتری نیز نویز فرکانس بالایی دارد. سیگنال آنالوگ در مدار آنالوگ نمی تواند تداخل منبع تغذیه را تحمل کند. 5. به ویژگی های فرکانس بالای تخته ها و اجزای سیم چاپی توجه کنید در مورد فرکانس بالا، سرب، مقاومت، خازن، اندوکتانس توزیع شده و ظرفیت کانکتورهای روی برد مدار چاپی را نمی توان نادیده گرفت. اندوکتانس توزیع شده ظرفیت و ظرفیت توزیع شده اندوکتانس را نمی توان نادیده گرفت. مقاومت سیگنال فرکانس بالا را منعکس می کند و ظرفیت توزیع شده سرب نقش مهمی ایفا می کند. هنگامی که طول بیش از 1/20 طول موج متناظر فرکانس نویز باشد، اثر آنتن ایجاد می شود و نویز از طریق سرب به بیرون منتقل می شود. وای برد مدار چاپی باعث ایجاد ظرفیتی در حدود 0.6 pf می شود. یک خازن 2-6 pf به مواد بسته بندی خود یک مدار مجتمع وارد می شود. یک کانکتور روی برد مدار دارای اندوکتانس توزیع شده 520nH است. یک بلوک مدار مجتمع 24 پین با برش مستقیم دو ردیفه با سلف توزیع شده 4~18nH معرفی شده است. این پارامترهای توزیع شده کوچک را می توان در این سیستم میکروکنترلر فرکانس پایین نادیده گرفت. باید به سیستم های پرسرعت توجه ویژه ای شود. 6. چیدمان عنصر باید به طور منطقی تقسیم شود تداخل ضد الکترومغناطیسی باید به طور کامل برای موقعیت قطعات چیده شده بر روی برد مدار چاپی در نظر گرفته شود. یکی از اصول این است که سیم های سربی بین قطعات باید تا حد امکان کوتاه باشند. از نظر چیدمان، قسمت سیگنال آنالوگ، بخش مدار دیجیتال پرسرعت و قسمت منبع نویز (مانند رله، کلید جریان بزرگ و غیره) باید بطور منطقی از هم جدا شوند تا اتصال سیگنال بین آنها به حداقل برسد. 7. سیم اتصال زمین را کنترل کنید در برد مدار چاپی، سیم برق و سیم زمین مهم ترین هستند. مهمترین راه برای غلبه بر تداخل الکترومغناطیسی، اتصال به زمین است. برای تخته های دو طرفه، چیدمان سیم زمین بسیار خاص است. با استفاده از روش اتصال به زمین تک نقطه ای، برق و زمین از دو سر منبع تغذیه به برد مدار چاپی متصل می شوند که یک کنتاکت برای منبع تغذیه و یک کنتاکت برای زمین وجود دارد. روی برد مدار چاپی باید چندین سیم زمین برگشتی وجود داشته باشد که به تماس منبع تغذیه برگشتی همگرا می شود که به آن اتصال زمین تک نقطه ای می گویند. به اصطلاح باز شدن زمین آنالوگ، زمین دیجیتال و دستگاه های پرقدرت به این معنی است که سیم کشی ها جدا شده و در نهایت به این نقطه اتصال زمین جمع می شوند. کابل های محافظ معمولا برای اتصال سیگنال های خارج از برد مدار چاپی استفاده می شود. برای سیگنال های فرکانس بالا و دیجیتال، هر دو انتهای کابل محافظ به زمین متصل می شوند. یک سر کابل محافظ مورد استفاده برای سیگنال آنالوگ فرکانس پایین باید به زمین متصل شود. مدارهایی که به نویز و تداخل بسیار حساس هستند یا مدارهایی با نویز فرکانس بالا به ویژه جدی باید با پوشش های فلزی محافظت شوند. 8. از خازن جداکننده به خوبی استفاده کنید. یک خازن جداکننده فرکانس بالا می تواند اجزای فرکانس بالا را تا 1 گیگاهرتز حذف کند. خازن های تراشه سرامیکی یا خازن های سرامیکی چندلایه ویژگی های فرکانس بالا بهتری دارند. هنگام طراحی یک برد مدار چاپی، باید یک خازن جداکننده بین منبع تغذیه و زمین هر مدار مجتمع اضافه شود. خازن جداکننده دو عملکرد دارد: از یک طرف خازن ذخیره انرژی مدار مجتمع است که انرژی شارژ و تخلیه مدار مجتمع را در لحظه باز و بسته شدن درب تامین و جذب می کند. از طرفی نویز فرکانس بالای دستگاه دور می زند. یک خازن جداسازی معمولی با ظرفیت جداسازی 0.1uf در یک مدار دیجیتال دارای اندوکتانس توزیع شده 5nH است و فرکانس تشدید موازی آن حدود 7 مگاهرتز است، به این معنی که در نویزهای زیر 10 مگاهرتز اثر جداسازی خوبی دارد و تأثیر کمی بر نویز دارد. بالای 40 مگاهرتز فرکانس رزونانس موازی خازن های 1uf و 10uf بالای 20 مگاهرتز است و اثر حذف نویز فرکانس بالا بهتر است. معمولاً داشتن یک خازن با فرکانس بالا 1uf یا 10uf که منبع تغذیه وارد برد چاپ شده می شود، سودمند است. حتی سیستم های باتری دار نیز به این خازن نیاز دارند. یک خازن تخلیه شارژ یا خازن تخلیه ذخیره سازی باید به ازای هر 10 مدار مجتمع اضافه شود. اندازه خازن می تواند 10uf باشد. بهتر است از خازن های الکترولیتی استفاده نکنید. خازن های الکترولیتی توسط دو لایه لایه نازک پیچیده می شوند. این ساختار رول شده یک اندوکتانس در فرکانس های بالا است. بهتر است از خازن کیسه صفرا یا خازن دم آوری پلی کربنات استفاده کنید. مقدار خازن جداسازی به طور دقیق انتخاب نشده است و می تواند به صورت C=1/f محاسبه شود. یعنی 0.1 uf برای 10 مگاهرتز گرفته می شود و 0.1 ~ 0.01 uf می تواند برای سیستمی که از میکروکنترلر تشکیل شده است گرفته شود. 3، تجربه در کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی. اگر می توانید از تراشه های کم سرعت استفاده کنید، نیازی به تراشه های پرسرعت ندارید. از تراشه های پر سرعت در مکان های کلیدی استفاده می شود. برای کاهش سرعت پرش لبه های بالایی و پایینی مدار کنترل می توان از یک سری مقاومت استفاده کرد. سعی کنید نوعی میرایی برای رله ها و غیره فراهم کنید. از ساعتی با کمترین فرکانس مطابق با الزامات سیستم استفاده کنید. مولد ساعت باید تا حد امکان به دستگاه با استفاده از ساعت نزدیک باشد. پوسته نوسانگر کریستال کوارتز باید زمین شود. دور قسمت ساعت را با یک سیم زمین بچرخانید و سیم ساعت را تا حد امکان کوتاه نگه دارید. مدار درایو ورودی/خروجی باید تا حد امکان به لبه برد چاپ شده نزدیک باشد تا بتواند در اسرع وقت از برد چاپ شده خارج شود. سیگنال ورودی به PCB باید فیلتر شود و سیگنالی که از ناحیه نویز بالا می آید نیز باید فیلتر شود. در همان زمان، مقاومت ترمینال سریال باید برای کاهش انعکاس سیگنال استفاده شود. انتهای بی فایده MCD باید به بالا وصل شود، یا به زمین متصل شود، یا به عنوان انتهای خروجی تعریف شود. پایانه های منبع تغذیه و زمین در مدار مجتمع باید متصل شوند و نباید معلق باشند. ترمینال ورودی مدار گیت استفاده نشده نباید به حالت تعلیق درآید، ترمینال ورودی مثبت اپ امپ استفاده نشده باید زمین شود و ترمینال ورودی منفی باید به ترمینال خروجی متصل شود. برد چاپی باید از 45 خط تا شده به جای 90 خط تا حد امکان استفاده کند تا انتقال خارجی و جفت شدن سیگنال های فرکانس بالا کاهش یابد. برد مدار چاپی باید بر اساس ویژگی های سوئیچینگ فرکانس و جریان تقسیم شود و اجزای نویز باید از اجزای بدون نویز دورتر باشند. منبع تغذیه تک نقطه ای و اتصال زمین تک نقطه ای، خط برق و سیم زمین باید تا حد امکان برای تک پانل و دو پانل ضخیم باشد. اگر اقتصاد مقرون به صرفه باشد، باید از بردهای چند لایه برای کاهش اندوکتانس منبع تغذیه و زمین استفاده شود. سیگنال های انتخاب ساعت، اتوبوس و تراشه باید از خطوط ورودی/خروجی و کانکتورها دور باشند. خط ورودی ولتاژ آنالوگ و ترمینال ولتاژ مرجع باید از خط سیگنال مدار دیجیتال، به خصوص ساعت دورتر باشند. برای دستگاه‌های A/D، قسمت دیجیتال و قسمت آنالوگ باید به جای تلاقی یکپارچه شوند. خط ساعت عمود بر خط ورودی/خروجی تداخل کمتری نسبت به خط موازی ورودی/خروجی دارد و پین عنصر ساعت از کابل ورودی/خروجی بسیار دور است. پایه عنصر باید تا حد امکان کوتاه باشد و پایه خازن جداکننده باید تا حد امکان کوتاه باشد. خطوط کلید باید تا حد امکان ضخیم باشند و مناطق محافظ باید در دو طرف اضافه شوند. خطوط با سرعت بالا باید کوتاه و مستقیم باشند. خطوط حساس به نویز نباید موازی با جریان بالا و خطوط سوئیچینگ پرسرعت باشند. سیم ها را زیر کریستال کوارتز یا دستگاه های حساس به نویز اجرا نکنید. دور مدار سیگنال ضعیف و مدار فرکانس پایین حلقه جریان ایجاد نکنید. هیچ سیگنالی نباید یک حلقه تشکیل دهد. اگر اجتناب ناپذیر است، ناحیه حلقه را تا حد امکان کوچک کنید. یک خازن جداکننده در هر آی سی. یک خازن بای پس فرکانس بالا باید در کنار هر خازن الکترولیتی اضافه شود. از خازن‌های تانتالیومی با ظرفیت بالا یا خازن‌های جوکو به‌جای خازن‌های الکترولیتی به عنوان خازن‌های ذخیره‌سازی انرژی برای شارژ و تخلیه مدار استفاده کنید. هنگام استفاده از خازن های لوله ای، محفظه باید به زمین متصل شود.