伺服控制系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)

目前電氣伺服控制系統(tǒng)中的主控制器主要是單片機(jī)芯片，檢測(cè)裝置是各種傳感器，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常使用各種力矩電機(jī)。其控制原理示意圖可以簡(jiǎn)單的用圖1的方塊圖來(lái)表示[1]。伺服技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為高精確度定位控制[2][3]，對(duì)控制精度的要求越來(lái)越高，同時(shí)隨著芯片集成技術(shù)的提高，電氣系統(tǒng)小型化也成為主流趨勢(shì)。

在小型化的需求下，通常將整個(gè)控制電路集成在一塊電路板上，電路板密度較高。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，電路板會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，影響到伺服控制精度，嚴(yán)重的甚至不能實(shí)現(xiàn)控制目的。在電氣伺服控制系統(tǒng)中，控制電路板的噪聲也成為影響控制精度的一個(gè)重要因素。因此設(shè)計(jì)好電路板的電磁兼容性，減小電路中的噪聲也成了電路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。本文從模數(shù)電路的連接、地和電源的處理、以及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設(shè)計(jì)的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了文種方法的有效性。

伺服控制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)

在伺服控制電路中，傳感器檢測(cè)到的信號(hào)是模擬信號(hào)，主控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的則都是數(shù)字信號(hào)，電路分為模擬和數(shù)字兩部分。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，模擬電路和數(shù)字電路之間，模擬電路自身以及數(shù)字電路自身都會(huì)出現(xiàn)噪聲串?dāng)_的情況，會(huì)影響到控制精度。如何設(shè)計(jì)電路中的電磁兼容性，減小電路中的噪聲是提高控制精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。下面從幾個(gè)方面討論伺服控制電路電磁兼容性設(shè)計(jì)的一些方法，以減小電路中的噪聲，避免噪聲串?dāng)_的情況。

模擬電路和數(shù)字電路之間的連接

由于信號(hào)的性質(zhì)，數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度較強(qiáng)。在模擬電路中，由于傳感器檢測(cè)到的通常為小信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)放大器放大，極小的噪聲電壓都會(huì)引起輸出信號(hào)的嚴(yán)重失真。在數(shù)字電路中，ttl噪聲容限為0.4v～0.6v，cmos噪聲容限為vcc的0.3～0.45，因此數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力。數(shù)、模之間的大多數(shù)干擾是通過(guò)電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線產(chǎn)生的噪聲干擾最大。

對(duì)于信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。對(duì)于電源線，數(shù)字電源和模擬電源盡可能分開(kāi)提供。對(duì)于地線來(lái)說(shuō)，整個(gè)pcb板對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在pcb板內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問(wèn)題。在pcb板內(nèi)部，為了避免數(shù)字地上的噪聲對(duì)模擬地產(chǎn)生干擾，通常將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，它們之間互不相連，只在pcb與外界連接的接口處有一點(diǎn)短接[4]。為了避免數(shù)字地上的高頻噪聲傳送到模擬地上，短接通過(guò)磁珠連接。磁珠可以將通過(guò)其的高頻噪聲吸收并且轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)，有效的避免了將高頻噪聲反射回去或者傳輸過(guò)去[5][6]。實(shí)驗(yàn)證明，選用通頻帶和阻抗合適的磁珠和直接單點(diǎn)連接相比，模擬地上的噪聲減小了很大一部分。