Debido a que los circuitos digitales usan señales de pulso con bordes cortos de subida / bajada, emiten ondas electromagnéticas no deseadas (ruido) que incluyen componentes de alta frecuencia hacia el exterior, y responden con sensibilidad a las ondas electromagnéticas (ruido) del exterior, lo que provoca fallos de funcionamiento. Además, también hay problemas en el circuito, como distorsión de intermodulación entre líneas y fluctuaciones de voltaje de la fuente de alimentación causadas por cambios repentinos en la corriente cuando los dispositivos digitales se encienden / apagan. De esta manera, es necesario considerar el circuito constante distribuido compuesto por inductancia de cableado y capacitancia parásita en el circuito digital para evitar que el sobreimpulso y el subimpulso provoquen el caos de la forma de onda y la reflexión, retardo, atenuación y distorsión de intermodulación de la interferencia electromagnética entre líneas. Los filtros y escudos que resuelven este problema son todas tecnologías analógicas.
Debido a la aplicación de la tecnología de circuitos digitales en el control de automóviles, trenes y radios, ha logrado una alta confiabilidad con una alta confiabilidad que antes no se podía lograr con la tecnología analógica. Sin embargo, el ruido puede causar fallas en el sistema y en los circuitos, y es un problema fatal, especialmente para las máquinas. Incluso si el circuito analógico tiene ruido, solo reduce temporalmente la precisión de los datos. Una vez que el ruido desaparece, tiene las características de función de autorrecuperación. Por lo tanto, la combinación de circuitos digitales y analógicos de alta funcionalidad con capacidades de autorrecuperación / autoconfirmación será una solución segura para evitar fallas causadas por ruido en los sistemas de control móviles y circuitos digitales. Se debe prestar especial atención al diseño del circuito. Después del diseño del circuito, para verificar el trabajo, es necesario ensamblar el circuito para la experimentación. Pero como resultado, a menudo parece que no funciona como se diseñó. Por ejemplo, el amplificador diseñado se ha convertido en un oscilador. En el circuito analógico, el ruido del circuito digital se mezcla, lo que hace que la forma de onda de la señal analógica se distorsione, la operación sea inestable y los datos no se puedan obtener sin problemas.
Para los circuitos de baja frecuencia, no importa quién los monte, siempre que el cableado no esté mal conectado, casi no hay diferencia en varias características de instalación, cableado y circuito, y se pueden obtener los mismos datos. Pero la alta frecuencia es diferente. Debido a los diferentes métodos de instalación, generalmente se obtendrán datos con diferentes características. En circuitos de alta frecuencia y circuitos digitales de alta velocidad, si hay una línea, se formará un componente de inductancia (parásito), y si hay dos líneas, se formará un componente de capacitancia parásito y un componente de inductancia mutua (parásito). entre líneas, los llamados tres parásitos. Los tres valores parásitos formados son muy pequeños, por lo que casi no es un problema a bajas frecuencias, pero la influencia de los componentes C y L no se puede ignorar en el rango de alta frecuencia.
Para mejorar el rendimiento de la máquina, a menudo se mezclan varios circuitos, como circuitos analógicos de baja frecuencia a alta frecuencia, circuitos digitales de alta velocidad, circuitos microanalógicos y circuitos de alta corriente, lo que provocará la inestabilidad del circuito. y deterioro de las características de frecuencia. La razón principal es que los tres parásitos mencionados anteriormente no se consideran completamente en el diseño y no se pueden mantener la confiabilidad y la seguridad. Además, el diagrama del circuito solo usa una representación bidimensional del dispositivo semiconductor y los parámetros agrupados de R, C y L, pero esto no representa el rendimiento y la función del circuito real. La acción real es el espacio tridimensional, incluida la frecuencia es el espacio tetradimensional. Por lo tanto, el circuito de microcorriente formado por la combinación de distorsión de intermodulación, reflexión, electricidad estática y electromagnética afectará las características y funciones del circuito de alta frecuencia. De acuerdo con los requisitos de la época, muchos de los circuitos integrados recientes son dispositivos de alta velocidad sensibles al ruido de alta frecuencia. Por lo tanto, cuando utilice el dispositivo, seleccione los componentes correspondientes de acuerdo con la función del circuito e intente evitar el uso de circuitos integrados de mayor velocidad de lo requerido.
En el diagrama del circuito, la impedancia de la fuente de alimentación, el cable de tierra y el cable de señal generalmente se consideran cero ohmios. Pero, de hecho, no hay cero ohmios y cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la influencia de la inductancia y la capacitancia parásita. Como resultado, la combinación de circuitos y la influencia de los campos electromagnéticos externos son demasiado grandes para ser ignorados, lo que da como resultado la inestabilidad del circuito y el deterioro de las características de frecuencia. El problema de error, ruido y retardo de tiempo debe resolverse en circuitos analógicos; mientras que en los circuitos digitales, el anti-ruido se resuelve y no se ve afectado por el retardo de tiempo a través de la sincronización, lo cual es muy importante para mejorar las características del circuito. Debemos prestar atención a la influencia del ruido dinámico "electricidad estática". Hay muchas fuentes de ruido que pueden provocar el mal funcionamiento de los equipos eléctricos, como las lámparas fluorescentes, los colectores de polvo, los transceptores de radio, los transformadores y los convertidores que nos rodean. Todas estas son fuentes de ruido de campo electromagnético. Además, la fuente de ruido que causa el mal funcionamiento es la descarga electrostática.
Debido a la corriente de descarga electrostática y al alto voltaje instantáneo, el circuito integrado se destruirá, lo que provocará que el sistema o el equipo funcionen incorrectamente. Para evitar descargas electrostáticas, se deben tomar las medidas necesarias desde la compra de componentes hasta el diseño, producción y empaque de equipos. Se pueden tomar las siguientes medidas en términos de diseño:
(1) Evite el uso de circuitos integrados de alta velocidad que excedan los requisitos, especialmente preste atención al circuito de entrada. Cuando es posible, el circuito de entrada adopta un modo diferencial. El circuito del filtro debe conectarse cerca del IC.
(2) Protección de entrada para semiconductores. En la parte de entrada del conector, se agrega un circuito limitador para controlar el ruido por debajo del valor de la tensión soportada del semiconductor. Debido a que la puerta CMOS tiene un rendimiento de ruido antiestático débil, no es fácil de usar en la parte de entrada del conector. (3) Evite el uso de circuitos integrados con retardo de borde y utilice métodos estroboscópicos o circuitos con pestillos.
(4) Para suprimir la tasa de ocurrencia de mal funcionamiento, se debe realizar una lógica de baja efectividad en el extremo de control y en el extremo de salida.
(5) Filtre la entrada de señal de alta sensibilidad. Filtre la alta frecuencia fuera de la banda de frecuencia, lo cual es muy importante para que el amplificador operacional no ingrese señales demasiado grandes. También preste atención a la inductancia del cable del condensador utilizado.
(6) También se han tomado algunas medidas en términos de software. Dado que la descarga electrostática es un pulso transitorio de una sola vez, se pueden detectar datos incorrectos a través de múltiples verificaciones. Se instala un circuito de vigilancia (circuito de monitoreo) en la microcomputadora para evitar paradas accidentales.
(7) El circuito electrónico y el cableado deben mantenerse alejados de la carcasa metálica que descarga electricidad estática.
(8) Las piezas de conexión de metal y metal del chasis deben estar firmemente conectadas con la pintura quitada y atornilladas tanto como sea posible.
Para reducir la influencia del campo electromagnético generado por la corriente de descarga, se deben tomar las siguientes medidas en la placa de circuito impreso:
(1) Reducir el área del anillo. Debido a la reticulación del flujo magnético en el anillo formado, se inducirá corriente en el anillo. Cuanto mayor sea el área del anillo, mayor será la reticulación del flujo magnético, mayor será la corriente inducida. Por lo tanto, para minimizar el área de bucle formada por los cables de alimentación y de tierra, los cables de alimentación y de tierra deben estar lo más cerca posible del cableado. Instale un condensador de derivación de alta frecuencia entre la fuente de alimentación y el cable de tierra para reducir el área del bucle. Para reducir el área del bucle formado entre la línea de señal y la línea de tierra, enrute la señal cerca de la línea de tierra.
(2) Haga que el cableado sea el más corto. Es necesario considerar la distribución de las longitudes de las líneas de señal. Al diseñar, alargue la línea de señal de baja efectividad y haga que la línea de señal de alta efectividad sea la más corta. El cableado entre los dispositivos es el más corto y los dispositivos conectados a las líneas de entrada y salida se instalan cerca de los terminales.
(3) Utilice placas de circuito multicapa, que se ven en circuitos analógicos y circuitos digitales de alta velocidad. En los circuitos digitales de alta velocidad, el espectro de frecuencia de la señal de pulso tiene una gama muy amplia de componentes armónicos de orden superior. Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento utilizada, mayor será la influencia de la capacitancia e inductancia parásitas. Suponiendo que una corriente I de alta frecuencia fluye en un patrón con una inductancia L, la caída de voltaje generada por la inductancia L es: V = L · di / dt. El patrón es como una antena que envía el ruido irradiado. Hacer del cable de tierra una superficie puede reducir la impedancia del cable de tierra y reducir la caída de voltaje causada por la corriente de descarga.
(4) Se deben tomar medidas antiestáticas para el cable de interfaz: los dos extremos del cable blindado del cable están conectados a la carcasa. Agregue capacitores de derivación para cortocircuitos de alta frecuencia donde pueden ocurrir bucles de tierra. No debe estar conectado a tierra lógica cuando no hay tierra de shell. Para cables planos, se puede agregar un cable de tierra entre el cable de señal y el cable de señal. Problemas a los que se debe prestar atención cuando la fuente de alimentación conmutada se utiliza como fuente de alimentación de señal analógica: La denominada fuente de alimentación conmutada es una forma de circuito de fuente de alimentación que estabiliza el voltaje de salida a través de la modulación de pulsos. Dado que este método solo consume energía en la parte de conmutación, cuanto más rápida sea la velocidad de conmutación, mayor será la eficiencia de la fuente de alimentación. Por lo tanto, generalmente se utilizan dispositivos de conmutación de alta velocidad. Debido a su alta eficiencia, esta fuente de alimentación es ampliamente utilizada desde máquinas de alta potencia hasta máquinas pequeñas y livianas. Sin embargo, con la conmutación de alta velocidad, existe una deficiencia en la fuga de ruido de conmutación. Este tipo de fuente de alimentación para circuitos analógicos causará muchos problemas.
Cuando la fuente de alimentación conmutada se utiliza como fuente de alimentación del circuito analógico, el ruido de alta frecuencia entrará en la banda de frecuencia de la señal analógica y la relación señal / ruido de la señal analógica se deteriorará. Aunque el ruido de conmutación es generalmente de solo 50-100 mVpp, que es bastante pequeño, debido al gran rango dinámico de la señal analógica, dicho ruido a menudo causa problemas. Especialmente cuando se utiliza en equipos como convertidores A / D, cuando se superpone ruido a la señal en el momento de determinar el nivel de conversión, se producirán errores de conversión y no se obtendrá la precisión esperada. Para resolver los problemas del uso de fuentes de alimentación conmutadas en circuitos analógicos, puede prestar atención a los dos aspectos siguientes al seleccionar fuentes de alimentación conmutadas: (1) El nivel de ruido de la fuente de alimentación conmutada es lo más pequeño posible; (2) Los componentes de ruido de conmutación no entran en la banda de frecuencia de la señal. Debido al alto nivel de la señal analógica, el ruido de conmutación no tiene ningún efecto sobre la relación señal / ruido. Para evitar que el ruido de conmutación entre en la banda de frecuencia de la señal, el método más simple es seleccionar una fuente de alimentación con una frecuencia de conmutación más alta que la banda de frecuencia más alta de la señal analógica.
Cuando no se puede seleccionar el método anterior, es necesario encontrar una manera de reducir el ruido de conmutación generado por la fuente de alimentación. Estos métodos incluyen: (1) Agregue capacitores externamente. (2) Ruido de conmutación generado por fuente de alimentación externa. (3) Uso combinado de reguladores en serie. El transformador de la fuente de alimentación utiliza tres devanados y el ruido se puede eliminar entre los devanados. Este tipo de fuente de alimentación es una fuente de alimentación de alta eficiencia que se puede utilizar en dispositivos de comunicación que suministran energía a través de una línea de transmisión. La parte receptora de la máquina de comunicación es un circuito analógico que utiliza señales de muy baja inductancia. Cuando se utiliza esta fuente de alimentación conmutada de bajo ruido, puede resolver problemas de eficiencia y ruido al mismo tiempo.
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