در طراحی سیستم الکترونیکی، به منظور جلوگیری از انحراف و صرفه جویی در زمان، الزامات ضد تداخل باید به طور کامل در نظر گرفته شود تا از اقدامات اصلاحی برای جلوگیری از تداخل پس از تکمیل طراحی جلوگیری شود. سه عنصر اساسی برای ایجاد تداخل وجود دارد:
(1) منبع تداخل به جزء، تجهیزات یا سیگنالی اشاره دارد که تداخل ایجاد می کند. در زبان ریاضی به صورت زیر توضیح داده شده است: du/dt، جایی که di/dt بزرگ است، منبع تداخل است. به عنوان مثال، رعد و برق، رله، یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی، موتور، ساعت فرکانس بالا و غیره ممکن است به منابع تداخل تبدیل شوند.
(2) مسیر انتشار به مسیر یا محیطی اطلاق می شود که تداخل از طریق آن از منبع تداخل به دستگاه حساس منتشر می شود. مسیر انتشار تداخل معمولی از طریق سیم ها انجام می شود و از فضا تابش می شود.
(3) دستگاه های حساس به اشیایی اطلاق می شود که به راحتی می توان با آنها تداخل کرد. مانند: مبدل A/D، D/A، میکروکنترلر، آی سی دیجیتال، تقویت کننده سیگنال ضعیف و غیره. اصل اساسی طراحی ضد تداخل، مهار منبع تداخل، قطع مسیر انتشار تداخل و بهبود ضد تداخل است. عملکرد دستگاه حساس
1 منابع تداخل را سرکوب کنید
سرکوب منابع تداخل برای کاهش دو/dt، di/dt منابع تداخل تا حد امکان است. این اولویت ترین و مهم ترین اصل در طراحی ضد تداخل است که اغلب با نصف تلاش می توان به دو برابر نتیجه رسید. du/dt منبع تداخل عمدتاً توسط خازن های موازی در دو سر منبع تداخل کاهش می یابد. di/dt منبع تداخل با افزودن اندوکتانس یا مقاومت به صورت سری و دیود آزاد در مدار منبع تداخل کاهش می یابد.
اقدامات متداول برای سرکوب منابع تداخل به شرح زیر است:
(1) سیم پیچ رله با یک دیود چرخ آزاد اضافه می شود تا تداخل EMF پشتی ایجاد شده در هنگام قطع شدن سیم پیچ را از بین ببرد. فقط افزودن دیود چرخ آزاد زمان قطع شدن رله را به تاخیر می اندازد و رله می تواند پس از افزودن دیود تثبیت کننده ولتاژ، بارها در واحد زمان عمل کند.
(2) مدار سرکوب جرقه را در دو سر کنتاکت رله به صورت موازی وصل کنید (مدار معمولی سری RC، با مقاومت K تا دهها K و ظرفیت 0.01uF) برای کاهش ضربه الکتریکی جرقه
(3) یک مدار فیلتر را به موتور اضافه کنید و توجه داشته باشید که سیم خازن و سلف باید تا حد امکان کوتاه باشد.
(4) هر آی سی روی برد مدار باید به موازات μ F-0.1 μF به خازن فرکانس بالا به 0.01 متصل شود تا تأثیر IC بر منبع تغذیه کاهش یابد. به سیم کشی خازن فرکانس بالا توجه کنید. سیم کشی باید نزدیک ترمینال برق و تا حد امکان کوتاه باشد. در غیر این صورت، مقاومت سری معادل خازن افزایش می یابد که بر اثر فیلترینگ تأثیر می گذارد.
(5) از پلی لاین 90 درجه در طول سیم کشی برای کاهش انتشار نویز فرکانس بالا اجتناب کنید.
(6) مدار سرکوب کننده RC در هر دو انتهای تریستور به صورت موازی وصل می شود تا نویز ایجاد شده توسط تریستور را کاهش دهد (زمانی که نویز جدی است، تریستور ممکن است خراب شود).
با توجه به مسیر انتشار تداخل، می توان آن را به تداخل هدایت شده و تداخل تابشی تقسیم کرد.
تداخل به اصطلاح هدایت شده به تداخلی اشاره دارد که از طریق سیم به دستگاه حساس منتقل می شود. باند فرکانس نویز تداخل فرکانس بالا با سیگنال مفید متفاوت است. انتقال صدای تداخل فرکانس بالا را می توان با افزودن فیلتر روی سیم قطع کرد. گاهی اوقات می توان برای حل این مشکل اپتوکوپلرهای ایزوله اضافه کرد. صدای منبع تغذیه مضر ترین است، بنابراین باید توجه ویژه ای به جابجایی شود. اصطلاح تداخل تابشی به تداخلی اطلاق می شود که از طریق تشعشعات فضایی به دستگاه های حساس منتقل می شود. راه حل کلی این است که فاصله بین منبع تداخل و دستگاه حساس را افزایش دهید، آنها را با یک سیم زمین جدا کنید و یک محافظ روی دستگاه حساس اضافه کنید.
2 اقدامات متداول برای قطع مسیر انتشار تداخل به شرح زیر است:
(1) به طور کامل تأثیر منبع تغذیه بر MCU را در نظر بگیرید. اگر منبع تغذیه به خوبی انجام شود، ضد تداخل کل مدار بیش از نصف حل می شود. بسیاری از میکروکامپیوترهای تک تراشه ای به نویز منبع تغذیه بسیار حساس هستند. برای کاهش تداخل صدای منبع تغذیه روی یک تراشه، مدارهای فیلتر یا تنظیم کننده های ولتاژ باید به منبع تغذیه ریز کامپیوترهای تک تراشه اضافه شوند. به عنوان مثال، از مهرهها و خازنهای مغناطیسی میتوان برای تشکیل یک مدار فیلتر به شکل π استفاده کرد. البته می توان از مقاومت های 100 Ω نیز برای جایگزینی مهره های مغناطیسی در مواقعی که شرایط سخت نیست استفاده کرد.
(2) اگر پورت ورودی/خروجی میکروکامپیوتر تک تراشه ای برای کنترل دستگاه های نویز مانند موتورها استفاده شود، باید بین پورت ورودی/خروجی و منبع نویز ایزوله اضافه شود (مدار فیلتر π باید اضافه شود). برای کنترل دستگاه های نویز مانند موتور، ایزوله باید بین پورت I/O و منبع نویز اضافه شود (مدار فیلتر π باید اضافه شود).
(3) به سیم کشی نوسانگر کریستالی توجه کنید. نوسانگر کریستالی باید تا حد امکان به پین میکروکنترلر نزدیک باشد و ناحیه ساعت باید توسط سیم زمین ایزوله شود. پوسته نوسانگر کریستالی باید زمین و ثابت شود. این اقدام می تواند بسیاری از مشکلات دشوار را حل کند.
(4) برد مدار باید به طور معقولی تقسیم بندی شود، مانند سیگنال های قوی و ضعیف، سیگنال های دیجیتال و آنالوگ. سعی کنید منابع تداخل (مانند موتورها و رله ها) را از عناصر حساس (مانند SCM) دور نگه دارید.
(5) ناحیه دیجیتال باید با سیم زمین از ناحیه آنالوگ جدا شود. زمین دیجیتال باید از زمین آنالوگ جدا شود و در نهایت در یک نقطه به زمین منبع تغذیه متصل شود. سیم کشی تراشه های A/D و D/A نیز بر اساس این اصل است. سازنده هنگام تخصیص آرایش پین تراشه های A/D و D/A این الزام را در نظر گرفته است.
(6) سیم زمین میکرو کامپیوتر تک تراشه و دستگاه پرقدرت باید به طور جداگانه به زمین متصل شود تا تداخل متقابل کاهش یابد. وسایل پرقدرت باید تا آنجا که ممکن است روی لبه برد مدار قرار گیرند.
(7) اجزای ضد تداخل مانند مهرههای مغناطیسی، حلقههای مغناطیسی، فیلترهای قدرت و پوششهای محافظ در درگاههای ورودی/خروجی، خطوط برق، خطوط اتصال برد مدار و سایر قسمتهای کلیدی میکروکنترلر استفاده میشوند که میتواند به میزان قابل توجهی ضد عملکرد تداخل مدار
3. بهبود عملکرد ضد تداخل دستگاه های حساس
بهبود عملکرد ضد تداخل دستگاه های حساس به روش به حداقل رساندن دریافت صدای تداخل و بازیابی هرچه سریعتر از حالت غیرعادی از دستگاه های حساس اشاره دارد.
اقدامات رایج برای بهبود عملکرد ضد تداخل دستگاه های حساس به شرح زیر است:
(1) در طول سیم کشی، مساحت حلقه باید به حداقل برسد تا نویز القایی کاهش یابد.
(2) هنگام سیم کشی، خط برق و سیم زمین باید تا حد امکان ضخیم باشند. علاوه بر کاهش افت ولتاژ، کاهش صدای کوپلینگ اهمیت بیشتری دارد.
(3) برای درگاه I/O غیرفعال میکروکنترلر، آن را در هوا آویزان نکنید، بلکه زمین یا به منبع تغذیه وصل کنید. پایانه های بیکار سایر آی سی ها بدون تغییر منطق سیستم به برق متصل می شوند یا به منبع تغذیه متصل می شوند.
(4) استفاده از مدارهای نظارت بر منبع تغذیه و مدارهای نگهبان برای SCM، مانند IMP809، IMP706، IMP813، X25043، X25045، می تواند عملکرد ضد تداخل کل مدار را تا حد زیادی بهبود بخشد.
(5) با این فرض که سرعت می تواند الزامات را برآورده کند، نوسانگر کریستالی میکروکامپیوتر تک تراشه باید تا حد امکان کاهش یابد و مدار دیجیتالی با سرعت پایین انتخاب شود.
(6) دستگاه های آی سی باید تا حد امکان مستقیماً به برد مدار جوش داده شوند و سوکت های آی سی باید کمتر مورد استفاده قرار گیرند.
به منظور دستیابی به ضد تداخل خوب، ما اغلب حالت سیم کشی تقسیم زمین را روی PCB می بینیم. با این حال، همه مدارهای دیجیتال و آنالوگ نباید در سطح زمین قطعه بندی شوند. زیرا این تقسیم بندی برای کاهش تداخل نویز است.
