Bagaimana meningkatkan kemampuan anti interferensi produk elektronik dengan prosesor

1、 Sistem berikut harus memberikan perhatian khusus pada interferensi anti elektromagnetik: 1. Mikrokontroler memiliki frekuensi clock yang sangat tinggi dan siklus bus yang sangat cepat. 2. Sistem berisi sirkuit penggerak arus tinggi dan berdaya tinggi, seperti relai penghasil percikan, sakelar arus tinggi, dll. 3. Sistem ini mencakup rangkaian sinyal analog lemah dan rangkaian konversi A/D presisi tinggi. 2[UNK] Langkah-langkah berikut harus diambil untuk meningkatkan kemampuan interferensi anti-elektromagnetik sistem: 1. Pilih mikrokontroler dengan frekuensi rendah Mikrokontroler dengan frekuensi jam eksternal rendah dapat secara efektif mengurangi kebisingan dan meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem. Untuk gelombang persegi dan gelombang sinus dengan frekuensi yang sama, komponen frekuensi tinggi pada gelombang persegi jauh lebih banyak dibandingkan dengan gelombang sinus. Meskipun amplitudo komponen frekuensi tinggi gelombang persegi lebih kecil dibandingkan dengan gelombang fundamental, semakin tinggi frekuensinya, semakin mudah untuk dipancarkan sebagai sumber kebisingan. Noise frekuensi tinggi yang paling berpengaruh yang dihasilkan oleh mikrokontroler adalah sekitar tiga kali frekuensi clock. 2. Mengurangi distorsi pada transmisi sinyal Mikrokontroler terutama diproduksi dengan teknologi CMOS berkecepatan tinggi. Arus masukan statis dari terminal masukan sinyal adalah sekitar 1mA, kapasitansi masukan sekitar 10PF, dan impedansi masukan cukup tinggi. Terminal keluaran rangkaian CMOS berkecepatan tinggi memiliki kapasitas beban yang besar, yaitu nilai keluaran yang besar. Jika terminal keluaran suatu gerbang dihubungkan ke terminal masukan dengan impedansi masukan yang relatif tinggi melalui saluran yang panjang, masalah pantulan menjadi sangat serius, yang akan menyebabkan distorsi sinyal dan meningkatkan kebisingan sistem. Ketika Tpd ＞ Tr, ini menjadi masalah saluran transmisi, dan masalah refleksi sinyal, pencocokan impedansi, dan masalah lainnya harus dipertimbangkan. Waktu tunda sinyal pada PCB berhubungan dengan impedansi karakteristik kabel, yaitu konstanta dielektrik bahan PCB. Secara kasar dapat dianggap bahwa kecepatan transmisi sinyal pada kabel PCB adalah sekitar 1/3 hingga 1/2 kecepatan cahaya. Tr (waktu tunda standar) elemen telepon logika umum dalam sistem yang terdiri dari mikrokontroler adalah antara 3 dan 18 ns. Pada papan sirkuit tercetak, sinyal melewati resistor 7W dan kabel sepanjang 625px, dan waktu tunda saluran sekitar 4~20ns. Dengan kata lain, semakin pendek ujung sinyal pada sirkuit tercetak, semakin baik, dan yang terpanjang tidak boleh melebihi 625px. Dan jumlah vias harus sekecil mungkin, sebaiknya tidak lebih dari 2. Bila waktu naik sinyal lebih cepat dari waktu tunda sinyal, maka harus diproses sesuai dengan elektronik cepat. Pada saat ini, pencocokan impedansi saluran transmisi harus dipertimbangkan. Untuk transmisi sinyal antar blok terintegrasi pada papan sirkuit tercetak, situasi Td ＞ Trd harus dihindari. Semakin besar papan sirkuit tercetak, semakin cepat kecepatan sistem. Ringkaslah aturan desain PCB dengan kesimpulan sebagai berikut: Ketika sinyal ditransmisikan pada papan cetak, waktu tundanya tidak boleh lebih besar dari waktu tunda nominal perangkat yang digunakan. 3. Mengurangi interferensi silang antar jalur sinyal Sinyal langkah dengan waktu naik Tr di titik A ditransmisikan ke ujung B melalui sadapan AB. Waktu tunda sinyal pada saluran AB adalah Td. Di titik D, karena adanya transmisi maju sinyal titik A, pantulan sinyal setelah sampai di titik B dan penundaan garis AB, sinyal pulsa halaman dengan lebar Tr akan diinduksi setelah waktu Td. Di titik C, akibat transmisi dan pemantulan sinyal pada AB, akan diinduksikan sinyal pulsa positif dengan lebar dua kali waktu tunda sinyal pada saluran AB, yaitu 2Td. Ini adalah interferensi silang antar sinyal. Kekuatan sinyal interferensi berhubungan dengan di/at sinyal titik C dan jarak antar garis. Jika kedua garis sinyal tidak terlalu panjang, yang Anda lihat pada AB sebenarnya adalah superposisi dua pulsa. Kontrol mikro yang dibuat dengan proses CMOS memiliki impedansi input yang tinggi, noise yang tinggi, dan toleransi noise yang tinggi. Sirkuit digital tidak mempengaruhi pengoperasiannya jika ditumpangkan dengan noise 100-200mv. Jika garis AB pada gambar adalah sinyal analog, interferensi tersebut tidak dapat ditoleransi. Jika papan sirkuit tercetak adalah papan empat lapis, salah satunya adalah area ground yang luas, atau papan dua sisi, dan sisi sebaliknya dari garis sinyal adalah area ground yang luas, interferensi silang antar sinyal akan menjadi berkurang. Alasannya adalah impedansi karakteristik saluran sinyal berkurang di area yang luas, dan pantulan sinyal di terminal D sangat berkurang. Impedansi karakteristik berbanding terbalik dengan kuadrat konstanta dielektrik medium antara garis sinyal dan ground, dan sebanding dengan logaritma natural ketebalan medium. Jika jalur AB merupakan sinyal analog, interferensi jalur sinyal rangkaian digital CD ke AB harus dihindari. Harus ada area tanah yang luas di bawah garis AB, dan jarak antara garis AB dan garis CD harus 2-3 kali lebih besar dari jarak antara garis AB dan tanah. Tanah pelindung lokal dapat digunakan, dan kabel tanah dapat diletakkan di sisi kiri dan kanan kabel utama dengan ikatan. 4. Mengurangi kebisingan dari catu daya Catu daya tidak hanya menyediakan energi untuk sistem, tetapi juga menambah kebisingan pada catu daya. Jalur reset, jalur interupsi, dan jalur kontrol mikrokontroler lainnya dalam rangkaian paling rentan terhadap gangguan kebisingan eksternal. Gangguan kuat pada jaringan listrik memasuki rangkaian melalui catu daya. Bahkan dalam sistem bertenaga baterai, baterai itu sendiri juga memiliki kebisingan berfrekuensi tinggi. Sinyal analog pada rangkaian analog tidak dapat menahan interferensi dari catu daya. 5. Perhatikan karakteristik frekuensi tinggi papan dan komponen kawat tercetak Dalam kasus frekuensi tinggi, kabel, via, resistansi, kapasitansi, induktansi terdistribusi, dan kapasitansi konektor pada papan sirkuit tercetak tidak dapat diabaikan. Induktansi kapasitansi terdistribusi dan kapasitansi terdistribusi dari induktansi tidak dapat diabaikan. Resistansi akan mencerminkan sinyal frekuensi tinggi, dan kapasitansi terdistribusi dari kabel akan berperan. Ketika panjangnya lebih besar dari 1/20 panjang gelombang frekuensi kebisingan yang sesuai, efek antena akan dihasilkan, dan kebisingan akan ditransmisikan ke luar melalui kabel. Melalui papan sirkuit cetak menyebabkan kapasitansi sekitar 0,6 pf. Kapasitor 2-6pf dimasukkan ke dalam bahan kemasan sirkuit terpadu itu sendiri. Konektor pada papan sirkuit memiliki induktansi terdistribusi 520nH. Blok sirkuit terpadu 24 pin dengan potongan lurus baris ganda diperkenalkan dengan induktor terdistribusi 4~18nH. Parameter terdistribusi kecil ini dapat diabaikan dalam sistem mikrokontroler frekuensi rendah ini; Perhatian khusus harus diberikan pada sistem berkecepatan tinggi. 6. Tata letak elemen harus dibagi secara wajar Anti interferensi elektromagnetik harus dipertimbangkan sepenuhnya untuk posisi komponen yang disusun pada papan sirkuit tercetak. Salah satu prinsipnya adalah kabel penghubung antar komponen harus dibuat sependek mungkin. Dalam hal tata letak, bagian sinyal analog, bagian sirkuit digital berkecepatan tinggi, dan bagian sumber kebisingan (seperti relai, sakelar arus besar, dll.) harus dipisahkan secara wajar untuk meminimalkan sambungan sinyal di antara keduanya. 7. Pegang kabel grounding Pada papan sirkuit tercetak, kabel daya dan kabel ground adalah yang paling penting. Cara terpenting untuk mengatasi interferensi elektromagnetik adalah grounding. Untuk papan dua sisi, tata letak kabel ground sangat khusus. Dengan menggunakan metode grounding titik tunggal, daya dan ground dihubungkan ke papan sirkuit tercetak dari kedua ujung catu daya, dengan satu kontak untuk catu daya dan satu kontak untuk ground. Harus ada beberapa kabel ground kembali pada papan sirkuit tercetak, yang akan menyatu ke kontak catu daya kembali, yang disebut grounding titik tunggal. Yang disebut pembukaan ground analog, ground digital, dan perangkat berdaya tinggi berarti kabel dipisahkan dan akhirnya dikumpulkan ke titik grounding ini. Kabel berpelindung biasanya digunakan untuk menghubungkan sinyal di luar papan sirkuit tercetak. Untuk sinyal frekuensi tinggi dan digital, kedua ujung kabel berpelindung diarde. Salah satu ujung kabel berpelindung yang digunakan untuk sinyal analog frekuensi rendah harus diarde. Sirkuit yang sangat sensitif terhadap kebisingan dan gangguan atau sirkuit dengan kebisingan frekuensi tinggi yang sangat serius harus dilindungi dengan penutup logam. 8. Gunakan kapasitor decoupling dengan baik. Kapasitor decoupling frekuensi tinggi yang baik dapat menghilangkan komponen frekuensi tinggi hingga 1GHz. Kapasitor chip keramik atau kapasitor keramik multilayer memiliki karakteristik frekuensi tinggi yang lebih baik. Saat mendesain papan sirkuit tercetak, kapasitor decoupling harus ditambahkan antara catu daya dan ground setiap sirkuit terpadu. Kapasitor decoupling memiliki dua fungsi: di satu sisi, merupakan kapasitor penyimpan energi dari rangkaian terpadu, menyediakan dan menyerap energi pengisian dan pengosongan rangkaian terpadu pada saat membuka dan menutup pintu; Di sisi lain, kebisingan frekuensi tinggi pada perangkat dapat dilewati. Kapasitor decoupling tipikal dengan kapasitansi decoupling 0,1uf dalam rangkaian digital memiliki induktansi terdistribusi 5nH, dan frekuensi resonansi paralelnya sekitar 7MHz, yang berarti ia memiliki efek decoupling yang baik pada kebisingan di bawah 10MHz, dan memiliki sedikit efek pada kebisingan. di atas 40MHz. Frekuensi resonansi paralel kapasitor 1uf dan 10uf berada di atas 20MHz, dan efek menghilangkan kebisingan frekuensi tinggi lebih baik. Seringkali menguntungkan untuk memiliki kapasitor frekuensi tinggi 1uf atau 10uf di mana catu daya masuk ke papan cetak. Bahkan sistem bertenaga baterai memerlukan kapasitor ini. Satu kapasitor pelepasan muatan, atau kapasitor pelepasan muatan, harus ditambahkan untuk setiap 10 atau lebih sirkuit terpadu. Ukuran kapasitor bisa 10uf. Lebih baik tidak menggunakan kapasitor elektrolitik. Kapasitor elektrolitik digulung oleh dua lapisan film tipis. Struktur yang digulung ini merupakan induktansi pada frekuensi tinggi. Lebih baik menggunakan kapasitor kantong empedu atau kapasitor pembuatan bir polikarbonat. Nilai kapasitansi decoupling tidak dipilih secara ketat, dan dapat dihitung sebagai C=1/f; Artinya, 0,1 uf diambil untuk 10MHz, dan 0,1~0,01 uf dapat diambil untuk sistem yang terdiri dari mikrokontroler. 3[UNK] Beberapa pengalaman dalam mengurangi kebisingan dan interferensi elektromagnetik. Jika Anda dapat menggunakan chip berkecepatan rendah, Anda tidak memerlukan chip berkecepatan tinggi. Chip berkecepatan tinggi digunakan di tempat-tempat penting. Serangkaian resistor dapat digunakan untuk mengurangi laju lompatan tepi atas dan bawah rangkaian kontrol. Cobalah untuk memberikan beberapa bentuk redaman untuk relay, dll. Gunakan jam dengan frekuensi terendah yang memenuhi persyaratan sistem. Generator jam harus sedekat mungkin dengan perangkat yang menggunakan jam. Cangkang osilator kristal kuarsa harus dibumikan. Lingkari area jam dengan kabel ground dan jaga kabel jam sependek mungkin. Sirkuit penggerak I/O harus sedekat mungkin dengan tepi papan cetak, sehingga dapat meninggalkan papan cetak sesegera mungkin. Sinyal yang masuk ke PCB harus disaring, dan sinyal yang berasal dari area dengan kebisingan tinggi juga harus disaring. Pada saat yang sama, resistansi terminal serial harus digunakan untuk mengurangi pantulan sinyal. Ujung MCD yang tidak berguna harus dihubungkan tinggi, atau dibumikan, atau ditetapkan sebagai ujung keluaran. Catu daya dan terminal ground pada sirkuit terpadu harus disambungkan, dan tidak boleh digantung. Terminal masukan rangkaian gerbang yang tidak digunakan tidak boleh digantung, terminal masukan positif op amp yang tidak digunakan harus dibumikan, dan terminal masukan negatif harus dihubungkan ke terminal keluaran. Papan cetak harus menggunakan 45 garis lipatan, bukan 90 garis lipatan, sejauh mungkin untuk mengurangi transmisi eksternal dan sambungan sinyal frekuensi tinggi. Papan sirkuit tercetak harus dipartisi sesuai dengan karakteristik peralihan frekuensi dan arus, dan komponen derau harus lebih jauh dari komponen non-derau. Catu daya satu titik dan pembumian satu titik, saluran listrik dan kabel pembumian harus setebal mungkin untuk panel tunggal dan panel ganda. Jika perekonomian terjangkau, papan multi-lapis harus digunakan untuk mengurangi induktansi pasokan listrik dan ground. Sinyal pemilihan jam, bus, dan chip harus jauh dari jalur I/O dan konektor. Saluran masukan tegangan analog dan terminal tegangan referensi harus jauh dari saluran sinyal rangkaian digital, terutama jam. Untuk perangkat A/D, bagian digital dan bagian analog harus disatukan, bukan disilang. Garis jam yang tegak lurus dengan garis I/O memiliki interferensi yang lebih kecil dibandingkan garis I/O paralel, dan pin elemen jam jauh dari kabel I/O. Pin elemen harus sependek mungkin, dan pin kapasitor pelepasan kopling harus sependek mungkin. Garis kunci harus setebal mungkin, dan area pelindung harus ditambahkan di kedua sisi. Jalur kecepatan tinggi harus pendek dan lurus. Saluran yang peka terhadap kebisingan tidak boleh sejajar dengan saluran peralihan arus tinggi dan kecepatan tinggi. Jangan memasang kabel di bawah kristal kuarsa atau perangkat yang sensitif terhadap kebisingan. Jangan membentuk loop arus di sekitar sirkuit sinyal lemah dan sirkuit frekuensi rendah. Tidak ada sinyal yang membentuk lingkaran. Jika hal ini tidak dapat dihindari, buatlah area lingkaran sekecil mungkin. Satu kapasitor decoupling per IC. Kapasitor bypass frekuensi tinggi kecil harus ditambahkan di samping setiap kapasitor elektrolitik. Gunakan kapasitor tantalum berkapasitas tinggi atau kapasitor Juku sebagai pengganti kapasitor elektrolitik sebagai rangkaian pengisian dan pengosongan kapasitor penyimpan energi. Saat menggunakan kapasitor berbentuk tabung, penutupnya harus diarde.