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          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

          作者: 時(shí)間:2013-04-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          前言

          作為工業(yè)自動化核心部件的,不同于商用衡器,往往面臨更復(fù)雜的工況。對于拌和站電磁環(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嚴(yán)重的。因此對性能的了解是稱量儀表選型的關(guān)鍵。我們在對珠海市長陸工業(yè)自動控制系統(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)比較過程中,獲得了一個(gè)好單片機(jī)系統(tǒng)()應(yīng)具備的性能方面的分析經(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.對其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾;
          2.對其他系統(tǒng)的發(fā)射不敏感;
          3.對系統(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(通過導(dǎo)體、公共阻抗耦合等),就是間接的(通過串?dāng)_或輻射耦合)。電磁干擾的產(chǎn)生是通過導(dǎo)體和通過輻射,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。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)過導(dǎo)體。一條穿過噪聲環(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)入電路之前必須對其去耦。

          (2)公共阻抗耦合

          當(dāng)來自兩個(gè)不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)就會產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個(gè)電路決定,來自兩個(gè)電路的地電流流過共地阻抗。電路a的地電位被電流b調(diào)制,噪聲信號或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,而電磁場在鄰近的導(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。就電場大小而言,CM輻射是比DM輻射更為嚴(yán)重的問題。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)器件開關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號;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。

          (3)接地。在所有EMC問題中,主要問題是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬?。有三種信號接地方法:單點(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?;旌辖拥厥堑皖l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)布線對防止EMI是至關(guān)重要的。

          (5)電源去耦。 當(dāng)器件開關(guān)時(shí),在電源線上會產(chǎn)生瞬態(tài)電流,必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來自高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.稱量儀表對處理的硬件要求

          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。

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