Come migliorare la capacità anti-interferenza dei prodotti elettronici con processori

1、 I seguenti sistemi devono prestare particolare attenzione alle interferenze antielettromagnetiche: 1. Il microcontrollore ha una frequenza di clock molto elevata e un ciclo del bus molto veloce. 2. Il sistema contiene circuiti di comando ad alta potenza e corrente elevata, come relè generatori di scintille, interruttori ad alta corrente, ecc. 3. Il sistema include un circuito di segnale analogico debole e un circuito di conversione A/D ad alta precisione. 2、 Devono essere adottate le seguenti misure per aumentare la capacità anti-interferenza elettromagnetica del sistema: 1. Selezionare il microcontrollore a bassa frequenza Il microcontrollore con bassa frequenza di clock esterno può ridurre efficacemente il rumore e migliorare la capacità anti-interferenza del sistema. Per l'onda quadra e l'onda sinusoidale con la stessa frequenza, la componente ad alta frequenza nell'onda quadra è molto maggiore di quella nell'onda sinusoidale. Sebbene l'ampiezza della componente ad alta frequenza dell'onda quadra sia inferiore a quella dell'onda fondamentale, maggiore è la frequenza, più facile sarà emettere come sorgente di rumore. Il rumore ad alta frequenza più influente generato dal microcontrollore è circa tre volte la frequenza di clock. 2. Ridurre la distorsione nella trasmissione del segnale I microcontrollori sono realizzati principalmente con la tecnologia CMOS ad alta velocità. La corrente di ingresso statica del terminale di ingresso del segnale è di circa 1 mA, la capacità di ingresso è di circa 10PF e l'impedenza di ingresso è piuttosto elevata. Il terminale di uscita del circuito CMOS ad alta velocità ha una capacità di carico considerevole, ovvero un valore di uscita considerevole. Se il terminale di uscita di un gate viene collegato al terminale di ingresso con un'impedenza di ingresso relativamente elevata attraverso una lunga linea, il problema della riflessione è molto serio e causerà una distorsione del segnale e un aumento del rumore del sistema. Quando Tpd ＞ Tr, diventa un problema della linea di trasmissione e devono essere considerati la riflessione del segnale, l'adattamento dell'impedenza e altri problemi. Il tempo di ritardo del segnale sul PCB è correlato all'impedenza caratteristica del conduttore, ovvero alla costante dielettrica del materiale del PCB. Si può approssimativamente considerare che la velocità di trasmissione del segnale nel conduttore del PCB sia circa da 1/3 a 1/2 della velocità della luce. Il Tr (tempo di ritardo standard) degli elementi telefonici logici comuni nel sistema composto da microcontrollore è compreso tra 3 e 18 ns. Sulla scheda a circuito stampato, il segnale passa attraverso un resistore da 7 W e un cavo lungo 625 px e il tempo di ritardo della linea è di circa 4~20 ns. In altre parole, più corto è il cavo del segnale sul circuito stampato, meglio è, e il più lungo non deve superare i 625px. E il numero di vie dovrebbe essere il più piccolo possibile, preferibilmente non più di 2. Quando il tempo di salita del segnale è più veloce del tempo di ritardo del segnale, dovrebbe essere elaborato secondo un'elettronica veloce. A questo punto, verrà preso in considerazione l'adattamento dell'impedenza della linea di trasmissione. Per la trasmissione del segnale tra blocchi integrati su un circuito stampato, la situazione di Td ＞ Trd deve essere evitata. Quanto più grande è il circuito stampato, tanto maggiore non può essere la velocità del sistema. Riassumere una regola di progettazione PCB con le seguenti conclusioni: Quando il segnale viene trasmesso sul circuito stampato, il suo tempo di ritardo non deve essere superiore al tempo di ritardo nominale del dispositivo utilizzato. 3. Ridurre le interferenze incrociate tra le linee del segnale Un segnale di gradino con tempo di salita Tr nel punto A viene trasmesso all'estremità B attraverso il conduttore AB. Il tempo di ritardo del segnale sulla linea AB è Td. Nel punto D, a causa della trasmissione in avanti del segnale del punto A, della riflessione del segnale dopo l'arrivo al punto B e del ritardo della linea AB, un segnale di impulso di pagina con una larghezza di Tr verrà indotto dopo il tempo Td. Nel punto C, a causa della trasmissione e riflessione del segnale su AB, verrà indotto un segnale di impulso positivo con un'ampiezza doppia rispetto al tempo di ritardo del segnale sulla linea AB, cioè 2Td. Questa è l'interferenza incrociata tra i segnali. L'intensità del segnale di interferenza è correlata al di/at del segnale del punto C e alla distanza tra le linee. Quando le due linee di segnale non sono molto lunghe, quello che si vede su AB è in realtà la sovrapposizione di due impulsi. Il microcontrollo realizzato tramite processo CMOS ha un'elevata impedenza di ingresso, un elevato rumore e un'elevata tolleranza al rumore. Il circuito digitale non pregiudica il suo funzionamento se ad esso è sovrapposto un rumore di 100-200mv. Se la linea AB nella figura è un segnale analogico, tale interferenza diventerà intollerabile. Se il circuito stampato è una scheda a quattro strati, uno dei quali è una vasta area di terra, o una scheda a doppia faccia, e il lato opposto della linea del segnale è una vasta area di terra, l'interferenza incrociata tra i segnali sarà ridotto. Il motivo è che l'impedenza caratteristica della linea del segnale è ridotta su un'ampia area e la riflessione del segnale sul terminale D è notevolmente ridotta. L'impedenza caratteristica è inversamente proporzionale al quadrato della costante dielettrica del mezzo compreso tra la linea del segnale e la terra, ed è proporzionale al logaritmo naturale dello spessore del mezzo. Se la linea AB è un segnale analogico, è necessario evitare l'interferenza della linea del segnale del circuito digitale da CD ad AB. Dovrebbe esserci un'ampia area di terreno sotto la linea AB e la distanza tra la linea AB e la linea CD dovrebbe essere 2-3 volte maggiore della distanza tra la linea AB e il suolo. È possibile utilizzare la terra schermante locale e il filo di terra può essere posato sui lati sinistro e destro del cavo con il collegamento a massa. 4. Ridurre il rumore proveniente dall'alimentazione L'alimentatore non solo fornisce energia al sistema, ma aggiunge anche il proprio rumore all'alimentatore. La linea di ripristino, la linea di interruzione e le altre linee di controllo del microcontrollore nel circuito sono più vulnerabili all'interferenza del rumore esterno. La forte interferenza sulla rete elettrica entra nel circuito attraverso l'alimentatore. Anche nel sistema alimentato a batteria, anche la batteria stessa presenta rumore ad alta frequenza. Il segnale analogico nel circuito analogico non può sopportare l'interferenza dell'alimentazione. 5. Prestare attenzione alle caratteristiche ad alta frequenza dei circuiti stampati e dei componenti Nel caso dell'alta frequenza non è possibile ignorare il cavo, il via, la resistenza, la capacità, l'induttanza distribuita e la capacità dei connettori sul circuito stampato. L'induttanza distribuita della capacità e la capacità distribuita dell'induttanza non possono essere ignorate. La resistenza rifletterà il segnale ad alta frequenza e la capacità distribuita del conduttore avrà un ruolo. Quando la lunghezza è maggiore di 1/20 della lunghezza d'onda corrispondente della frequenza del rumore, verrà generato l'effetto antenna e il rumore verrà trasmesso verso l'esterno attraverso il cavo. Il via del circuito stampato provoca una capacità di circa 0,6 pf. Un condensatore da 2-6pf viene introdotto nel materiale di confezionamento del circuito integrato stesso. Un connettore su un circuito ha un'induttanza distribuita di 520 nH. Viene introdotto un blocco di circuito integrato a 24 pin con taglio dritto a doppia fila con induttore distribuito 4~18nH. Questi piccoli parametri distribuiti possono essere ignorati in questo sistema di microcontrollore a bassa frequenza; Particolare attenzione deve essere prestata ai sistemi ad alta velocità. 6. La disposizione degli elementi dovrà essere ragionevolmente divisa Le interferenze antielettromagnetiche devono essere pienamente considerate per la posizione dei componenti disposti sul circuito stampato. Uno dei principi è che i cavi tra i componenti siano i più corti possibile. In termini di layout, la parte del segnale analogico, la parte del circuito digitale ad alta velocità e la parte della sorgente di rumore (come relè, interruttore di corrente di grandi dimensioni, ecc.) devono essere ragionevolmente separate per ridurre al minimo l'accoppiamento del segnale tra di loro. 7. Maneggiare il filo di terra Sul circuito stampato, il cavo di alimentazione e il filo di terra sono i più importanti. Il modo più importante per superare le interferenze elettromagnetiche è la messa a terra. Per i quadri bifacciali la disposizione del filo di terra è particolarmente particolare. Utilizzando il metodo di messa a terra a punto singolo, l'alimentazione e la terra sono collegate al circuito stampato da entrambe le estremità dell'alimentatore, con un contatto per l'alimentazione e un contatto per la terra. Dovrebbero essere presenti più fili di terra di ritorno sul circuito stampato, che convergeranno al contatto dell'alimentatore di ritorno, chiamato messa a terra a punto singolo. La cosiddetta apertura della terra analogica, della terra digitale e dei dispositivi ad alta potenza significa che il cablaggio viene separato e infine riunito in questo punto di terra. I cavi schermati vengono solitamente utilizzati per collegare i segnali all'esterno del circuito stampato. Per i segnali digitali e ad alta frequenza, entrambe le estremità del cavo schermato sono collegate a terra. Un'estremità del cavo schermato utilizzato per il segnale analogico a bassa frequenza deve essere collegata a terra. I circuiti molto sensibili al rumore e alle interferenze o i circuiti con disturbi ad alta frequenza particolarmente gravi devono essere schermati con coperture metalliche. 8. Utilizzare bene il condensatore di disaccoppiamento. Un buon condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza può rimuovere componenti ad alta frequenza fino a 1GHz. I condensatori a chip ceramico o i condensatori ceramici multistrato hanno migliori caratteristiche ad alta frequenza. Quando si progetta un circuito stampato, è opportuno aggiungere un condensatore di disaccoppiamento tra l'alimentazione e la terra di ciascun circuito integrato. Il condensatore di disaccoppiamento ha due funzioni: da un lato è il condensatore di accumulo dell'energia del circuito integrato, fornendo e assorbendo l'energia di carica e scarica del circuito integrato al momento dell'apertura e della chiusura della porta; D'altro canto, il rumore ad alta frequenza del dispositivo viene bypassato. Un tipico condensatore di disaccoppiamento con una capacità di disaccoppiamento di 0,1 uf in un circuito digitale ha un'induttanza distribuita di 5 nH e la sua frequenza di risonanza parallela è di circa 7 MHz, il che significa che ha un buon effetto di disaccoppiamento sul rumore inferiore a 10 MHz e ha poco effetto sul rumore. superiore a 40 MHz. La frequenza di risonanza parallela dei condensatori da 1uf e 10uf è superiore a 20 MHz e l'effetto di rimozione del rumore ad alta frequenza è migliore. Spesso è vantaggioso avere un condensatore ad alta frequenza da 1uf o 10uf nel punto in cui l'alimentazione entra nella scheda stampata. Anche i sistemi alimentati a batteria necessitano di questo condensatore. Un condensatore di scarica di carica, o condensatore di scarica di accumulo, deve essere aggiunto ogni 10 circa circuiti integrati. La dimensione del condensatore può essere 10uf. È meglio non utilizzare condensatori elettrolitici. I condensatori elettrolitici sono avvolti da due strati di film sottile. Questa struttura arrotolata è un'induttanza alle alte frequenze. È meglio usare un condensatore della cistifellea o un condensatore di infusione in policarbonato. Il valore della capacità di disaccoppiamento non è strettamente selezionato e può essere calcolato come C=1/f; Cioè, 0,1 uf vengono presi per 10 MHz e 0,1~0,01 uf possono essere presi per il sistema composto da microcontrollore. 3、 Qualche esperienza nella riduzione del rumore e delle interferenze elettromagnetiche. Se puoi utilizzare chip a bassa velocità, non avrai bisogno di quelli ad alta velocità. I chip ad alta velocità vengono utilizzati nei punti chiave. È possibile utilizzare una serie di resistori per ridurre la velocità di salto dei bordi superiore e inferiore del circuito di controllo. Provare a fornire una qualche forma di smorzamento per i relè, ecc. Utilizzare l'orologio con la frequenza più bassa che soddisfi i requisiti di sistema. Il generatore di orologio deve essere il più vicino possibile al dispositivo che utilizza l'orologio. Il guscio dell'oscillatore a cristallo di quarzo deve essere messo a terra. Circondare l'area dell'orologio con un filo di terra e mantenere il filo dell'orologio il più corto possibile. Il circuito di pilotaggio I/O deve essere il più vicino possibile al bordo del circuito stampato, in modo che possa lasciare il circuito stampato il prima possibile. Il segnale in ingresso al PCB deve essere filtrato e anche il segnale proveniente dall'area ad alto rumore deve essere filtrato. Allo stesso tempo, la resistenza del terminale seriale verrà utilizzata per ridurre la riflessione del segnale. L'estremità inutile dell'MCD deve essere collegata in alto, messa a terra o definita come estremità di uscita. L'alimentazione e i terminali di terra del circuito integrato devono essere collegati e non sospesi. Il terminale di ingresso del circuito di gate non utilizzato non deve essere sospeso, il terminale di ingresso positivo dell'amplificatore operazionale non utilizzato deve essere messo a terra e il terminale di ingresso negativo deve essere collegato al terminale di uscita. Il pannello stampato dovrà utilizzare, per quanto possibile, 45 linee di piega invece di 90 linee di piega per ridurre la trasmissione esterna e l'accoppiamento dei segnali ad alta frequenza. Il circuito stampato dovrà essere suddiviso in base alle caratteristiche di frequenza e di commutazione della corrente e i componenti di rumore saranno più lontani dai componenti non di rumore. L'alimentatore a punto singolo e la messa a terra a punto singolo, la linea di alimentazione e il filo di terra devono essere quanto più spessi possibile per il pannello singolo e doppio. Se l'economia è accessibile, devono essere utilizzate schede multistrato per ridurre l'induttanza dell'alimentazione e della terra. I segnali di selezione dell'orologio, del bus e del chip devono essere lontani dalle linee e dai connettori di I/O. La linea di ingresso della tensione analogica e il terminale della tensione di riferimento devono essere lontani dalla linea del segnale del circuito digitale, in particolare dall'orologio. Per i dispositivi A/D, la parte digitale e la parte analogica dovrebbero essere unificate anziché incrociate. La linea dell'orologio perpendicolare alla linea I/O presenta meno interferenze rispetto alla linea I/O parallela e il pin dell'elemento orologio è lontano dal cavo I/O. Il pin dell'elemento deve essere il più corto possibile e il pin del condensatore di disaccoppiamento deve essere il più corto possibile. Le linee chiave dovrebbero essere il più spesse possibile e le aree protettive dovrebbero essere aggiunte su entrambi i lati. Le linee ad alta velocità dovrebbero essere corte e diritte. Le linee sensibili al rumore non devono essere parallele alle linee di commutazione ad alta corrente e ad alta velocità. Non far passare i cavi sotto cristalli di quarzo o dispositivi sensibili al rumore. Non formare un circuito di corrente attorno al circuito del segnale debole e al circuito a bassa frequenza. Nessun segnale dovrebbe formare un loop. Se è inevitabile, ridurre al minimo l'area del circuito. Un condensatore di disaccoppiamento per circuito integrato. Accanto a ciascun condensatore elettrolitico deve essere aggiunto un piccolo condensatore di bypass ad alta frequenza. Utilizzare condensatori al tantalio ad alta capacità o condensatori Juku invece di condensatori elettrolitici come condensatori di accumulo di energia di carica e scarica del circuito. Quando si utilizzano condensatori tubolari, la custodia deve essere messa a terra.