工業(yè)稱重儀表的抗干擾與處理攪拌系統(tǒng)復(fù)雜工況的要求
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作為工業(yè)自動(dòng)化核心部件的稱重儀表，不同于商用衡器，往往面臨更復(fù)雜的工況。對(duì)于拌和站電磁環(huán)境比較惡劣的情況下，一些大規(guī)模集成電路常常會(huì)受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作或在錯(cuò)誤狀態(tài)下運(yùn)行，造成的后果往往是很?chē)?yán)重的。因此對(duì)抗干擾性能的了解是稱量?jī)x表選型的關(guān)鍵。我們?cè)趯?duì)珠海市長(zhǎng)陸工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的UNI800與TR600和其它同類廠家產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)比較過(guò)程中，獲得了一個(gè)好單片機(jī)系統(tǒng)（稱重儀表）應(yīng)具備的抗干擾性能方面的分析經(jīng)驗(yàn)。在此與同行分享，希望以此促進(jìn)行業(yè)技術(shù)水平的提高。儀表電磁兼容性(EMC)是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問(wèn)題。如果一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)符條件合下面三個(gè)條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的：
1．對(duì)其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；
2．對(duì)其他系統(tǒng)的發(fā)射不敏感；
3．對(duì)系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾；
假若干擾不能完全消除，但也要使干擾減少到最小。干擾的產(chǎn)生不是直接的（通過(guò)導(dǎo)體、公共阻抗耦合等），就是間接的（通過(guò)串?dāng)_或輻射耦合）。電磁干擾的產(chǎn)生是通過(guò)導(dǎo)體和通過(guò)輻射，很多磁電發(fā)射源、如光照、繼電器、DC電機(jī)和日光燈都可以引起干擾；AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號(hào)。在高速單片機(jī)系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源，這些電路可產(chǎn)生高達(dá)300MHz的諧波失真，在系統(tǒng)中應(yīng)該把他們?nèi)サ?。另外，在單片機(jī)系統(tǒng)中最容易受影響的是復(fù)位線，中斷線和控制線。
1．干擾的耦合方式
（1）傳導(dǎo)性EMI
一種最明顯而往往被忽略的能引起電路中噪聲的路徑是經(jīng)過(guò)導(dǎo)體。一條穿過(guò)噪聲環(huán)境的導(dǎo)線可檢拾噪聲并把噪聲送到其他電路引起干擾。設(shè)計(jì)人員必須避免導(dǎo)線檢拾噪聲和在噪聲引起干擾前用去耦辦法去除噪聲。最普通的例子是噪聲通過(guò)電源進(jìn)入電路。若電源本身或連接到電源的其他電路是干擾源，則在電源線進(jìn)入電路之前必須對(duì)其去耦。
（2）公共阻抗耦合
當(dāng)來(lái)自兩個(gè)不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個(gè)電路決定，來(lái)自兩個(gè)電路的地電流流過(guò)共地阻抗。電路a的地電位被電流b調(diào)制，噪聲信號(hào)或DC補(bǔ)償經(jīng)共地阻抗從電路b耦合到電路a。
（3）輻射耦合
經(jīng)輻射的耦合通稱串?dāng)_。串?dāng)_發(fā)生在電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，而電磁場(chǎng)在鄰近的導(dǎo)體中感應(yīng)瞬態(tài)電流。
（4）輻射發(fā)射
輻射發(fā)射有兩種基本類型；差分模式(DM)和共模(CM)。共模輻射或單極天線輻射是由無(wú)意的壓降引起的，它使電路中所有地連接抬高到系統(tǒng)電地位之上。就電場(chǎng)大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴(yán)重的問(wèn)題。為使CM輻射最小，必須用切合實(shí)際的設(shè)計(jì)使共模電流降到零。
2．影響EMC的因數(shù)
（1）電壓。電源電壓越高，意味著電壓振幅越大，發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。
（2）頻率。高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號(hào)產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻單片機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)；在模擬系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。
（3）接地。在所有EMC問(wèn)題中，主要問(wèn)題是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬摹Ｓ腥N信號(hào)接地方法：?jiǎn)吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在頻率低于1MHz時(shí)，可采用單點(diǎn)接地方法，但不適宜高頻；在高頻應(yīng)用中，最好采用多點(diǎn)接地。混合接地是低頻用單點(diǎn)接地，而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線布局是關(guān)鍵，高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路絕不能混合。
（4）PCB設(shè)計(jì)。適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB）布線對(duì)防止EMI是至關(guān)重要的。
（5）電源去耦。 當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)，在電源線上會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來(lái)自高di/dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓，高di/dt產(chǎn)生大范圍的高頻電流，激勵(lì)部件和線纜輻射。流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化和電感會(huì)導(dǎo)致壓降，減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。
3．稱量?jī)x表對(duì)抗干擾與復(fù)雜工況處理的硬件要求
在硬件上 我們要求儀表廠家必須具有以下措施：
（1） PCB及電路抗干擾措施
印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施作一些說(shuō)明。
① 電源線設(shè)計(jì)
根據(jù)印刷線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻；同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
評(píng)論