Poiché i circuiti digitali utilizzano segnali a impulsi con brevi fronti di salita / discesa, emettono onde elettromagnetiche indesiderate (rumore) compresi i componenti ad alta frequenza verso l'esterno e rispondono in modo sensibile alle onde elettromagnetiche (rumore) dall'esterno, causando malfunzionamenti. Inoltre, ci sono anche problemi nel circuito, come la distorsione di intermodulazione tra le linee e le fluttuazioni della tensione di alimentazione causate da improvvise variazioni di corrente quando i dispositivi digitali vengono accesi / spenti. In questo modo, è necessario considerare il circuito costante distribuito composto da induttanza di cablaggio e capacità parassita nel circuito digitale per evitare che l'overshoot e il undershoot causino il caos della forma d'onda e la riflessione del segnale, il ritardo, l'attenuazione e la distorsione di intermodulazione dell'interferenza elettromagnetica tra le linee. I filtri e gli schermi che risolvono questo problema sono tutte tecnologie analogiche.
Grazie all'applicazione della tecnologia dei circuiti digitali nel controllo di automobili, treni e radio, ha raggiunto un'elevata affidabilità con un'elevata affidabilità che prima non era possibile ottenere con la tecnologia analogica. Tuttavia, il rumore può causare malfunzionamenti del sistema e del circuito ed è un problema fatale soprattutto per le macchine. Anche se il circuito analogico ha rumore, riduce solo temporaneamente la precisione dei dati. Una volta che il rumore scompare, ha le caratteristiche della funzione di auto-recupero. Pertanto, la combinazione di circuiti digitali ad alta funzionalità e circuiti analogici con capacità di auto-ripristino / auto-conferma sarà una soluzione sicura per prevenire malfunzionamenti causati dal rumore nei sistemi di controllo mobile e nei circuiti digitali. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla progettazione del circuito. Dopo la progettazione del circuito, per verificare il lavoro, è necessario assemblare il circuito per la sperimentazione. Ma di conseguenza, spesso sembra che non funzioni come previsto. Ad esempio, l'amplificatore progettato è diventato un oscillatore. Nel circuito analogico, il rumore del circuito digitale è misto, il che provoca la distorsione della forma d'onda del segnale analogico, l'operazione è instabile e i dati non possono essere ottenuti senza problemi.
Per i circuiti a bassa frequenza, indipendentemente da chi li assembla, purché il cablaggio non sia collegato in modo errato, non c'è quasi nessuna differenza nelle varie caratteristiche di installazione, cablaggio e circuito e si possono ottenere gli stessi dati. Ma l'alta frequenza è diversa. A causa dei diversi metodi di installazione, generalmente si ottengono dati con caratteristiche diverse. Nei circuiti ad alta frequenza e nei circuiti digitali ad alta velocità, se c'è una linea, si formerà una componente di induttanza (parassita) e se ci sono due linee, si formerà una componente di capacità parassita e una componente di mutua induttanza (parassita) tra le righe, i cosiddetti tre parassiti. I tre valori parassiti formati sono molto piccoli, quindi non è quasi un problema alle basse frequenze, ma l'influenza delle componenti C e L non può essere ignorata nella gamma delle alte frequenze.
Al fine di migliorare le prestazioni della macchina, vari circuiti come circuiti analogici da bassa ad alta frequenza, circuiti digitali ad alta velocità, circuiti micro-analogici e circuiti ad alta corrente sono spesso mescolati insieme, il che causerà instabilità del circuito e deterioramento delle caratteristiche di frequenza. Il motivo principale è che i tre parassiti sopra menzionati non sono completamente considerati nella progettazione e l'affidabilità e la sicurezza non possono essere mantenute. Inoltre, lo schema circuitale utilizza solo la rappresentazione bidimensionale del dispositivo a semiconduttore e i parametri concentrati di R, C e L, ma questo non rappresenta le prestazioni e la funzione del circuito effettivo. L'azione effettiva è lo spazio tridimensionale, inclusa la frequenza è lo spazio quadridimensionale. Pertanto, il circuito di microcorrente formato dalla combinazione di distorsione di intermodulazione, riflessione, elettricità statica ed elettromagnetica influenzerà le caratteristiche e le funzioni del circuito ad alta frequenza. Secondo i requisiti dei tempi, molti dei recenti circuiti integrati sono dispositivi ad alta velocità sensibili al rumore ad alta frequenza. Pertanto, quando si utilizza il dispositivo, selezionare i componenti corrispondenti in base alla funzione del circuito e cercare di evitare di utilizzare circuiti integrati a velocità superiore a quella richiesta.
Nello schema del circuito, l'impedenza dell'alimentatore, del cavo di terra e del cavo del segnale sono generalmente considerati pari a zero ohm. Ma in realtà, non c'è zero ohm, e maggiore è la frequenza, maggiore è l'influenza dell'induttanza e della capacità parassita. Di conseguenza, la combinazione di circuiti e l'influenza dei campi elettromagnetici esterni sono troppo grandi per essere ignorati, con conseguente instabilità del circuito e deterioramento delle caratteristiche di frequenza. Il problema dell'errore, del rumore e del ritardo di tempo dovrebbe essere risolto nei circuiti analogici; mentre nei circuiti digitali, l'antirumore è risolto e non è influenzato dal ritardo temporale attraverso la sincronizzazione, che è molto importante per migliorare le caratteristiche del circuito. Dobbiamo prestare attenzione all'influenza del rumore dinamico "elettricità statica". Ci sono molte sorgenti di rumore che possono causare il malfunzionamento delle apparecchiature elettriche, come lampade fluorescenti, collettori di polvere, ricetrasmettitori radio, trasformatori e convertitori intorno a noi. Queste sono tutte sorgenti di rumore di campo elettromagnetico. Inoltre, la fonte di rumore che causa malfunzionamenti è la scarica elettrostatica.
A causa della corrente di scarica elettrostatica e dell'alta tensione istantanea, il circuito integrato verrà distrutto, causando malfunzionamenti e malfunzionamenti del sistema o dell'apparecchiatura. Al fine di prevenire le scariche elettrostatiche, è necessario prendere le misure necessarie dall'acquisto dei componenti alla progettazione, produzione e confezionamento delle apparecchiature. Le seguenti misure possono essere prese in termini di design:
(1) Evitare di utilizzare circuiti integrati ad alta velocità che superano i requisiti, in particolare prestare attenzione al circuito di ingresso. Quando possibile, il circuito di ingresso adotta una modalità differenziale. Il circuito del filtro deve essere collegato vicino all'IC.
(2) Protezione ingresso per semiconduttori. Nella parte di ingresso del connettore, viene aggiunto un circuito limitatore per controllare il rumore al di sotto del valore di tensione di tenuta del semiconduttore. Poiché il gate CMOS ha prestazioni di rumore antistatiche deboli, non è facile da usare nella parte di ingresso del connettore. (3) Evitare di utilizzare circuiti integrati con ritardo sul fronte e utilizzare metodi di stroboscopia o circuiti con latch.
(4) Al fine di sopprimere il tasso di occorrenza di malfunzionamenti, dovrebbe essere effettuata una logica a bassa efficacia all'estremità del controllo e all'estremità dell'uscita.
(5) Filtrare l'ingresso del segnale ad alta sensibilità. Filtrare l'alta frequenza al di fuori della banda di frequenza, che è molto importante affinché l'amplificatore operazionale non immetta segnali troppo grandi. Prestare attenzione anche all'induttanza del cavo del condensatore utilizzato.
(6) Alcune misure sono state prese anche in termini di software. Poiché la scarica elettrostatica è un impulso transitorio una tantum, è possibile rilevare dati errati attraverso più verifiche. Un circuito watchdog (circuito di monitoraggio) è installato nel microcomputer per prevenire l'arresto accidentale.
(7) Il circuito elettronico e il cablaggio devono essere tenuti lontani dalla custodia metallica che scarica l'elettricità statica.
(8) Le parti di collegamento in metallo e metallo del telaio devono essere saldamente collegate con la vernice rimossa e avvitate il più possibile.
Al fine di ridurre l'influenza del campo elettromagnetico generato dalla corrente di scarica, è necessario adottare le seguenti misure sul circuito stampato:
(1) Ridurre l'area dell'anello. A causa della reticolazione del flusso magnetico nell'anello formato, la corrente sarà indotta nell'anello. Maggiore è l'area dell'anello, maggiore è la reticolazione del flusso magnetico, maggiore è la corrente indotta. Pertanto, al fine di ridurre al minimo l'area del circuito formata dai cavi di alimentazione e di terra, i cavi di alimentazione e di terra devono essere il più vicino possibile al cablaggio. Installare un condensatore di bypass ad alta frequenza tra l'alimentatore e il filo di terra per ridurre l'area del loop. Per ridurre l'area del circuito formato tra la linea del segnale e la linea di terra, instradare il segnale vicino alla linea di terra.
(2) Rendere il cablaggio il più corto. È necessario considerare la distribuzione delle lunghezze delle linee di segnale. Durante la progettazione, allungare la linea del segnale a bassa efficacia e rendere la linea del segnale ad alta efficacia la più corta. Il cablaggio tra i dispositivi è reso il più corto e i dispositivi collegati alle linee di ingresso e uscita sono installati vicino ai terminali.
(3) Utilizzare circuiti stampati multistrato, che si vedono nei circuiti analogici e nei circuiti digitali ad alta velocità. Nei circuiti digitali ad alta velocità, lo spettro di frequenza del segnale a impulsi ha una gamma molto ampia di componenti armoniche di ordine elevato. Maggiore è la frequenza operativa utilizzata, maggiore è l'influenza della capacità e dell'induttanza parassite. Supponendo che una corrente ad alta frequenza I fluisca su uno schema con un'induttanza L, la caduta di tensione generata dall'induttanza L è: V = L · di / dt. Il modello è come un'antenna, che invia il rumore irradiato. Rendere il filo di terra una superficie può ridurre l'impedenza del filo di terra e ridurre la caduta di tensione causata dalla corrente di scarica.
(4) È necessario adottare misure antistatiche per il cavo di interfaccia: le due estremità del filo schermato del cavo sono collegate alla custodia. Aggiungere condensatori di bypass per cortocircuiti ad alta frequenza in cui possono verificarsi loop di massa. Non dovrebbe essere collegato alla massa logica quando non è presente la massa shell. Per i cavi piatti, è possibile aggiungere un filo di terra tra il cavo del segnale e il cavo del segnale. Problemi a cui prestare attenzione quando l'alimentatore switching viene utilizzato come alimentatore del segnale analogico: Il cosiddetto alimentatore switching è una forma di circuito di alimentazione che stabilizza la tensione di uscita attraverso la modulazione a impulsi. Poiché questo metodo consuma energia solo nella parte di commutazione, maggiore è la velocità di commutazione, maggiore è l'efficienza dell'alimentatore. Pertanto, vengono generalmente utilizzati dispositivi di commutazione ad alta velocità. Grazie alla sua elevata efficienza, questo alimentatore è ampiamente utilizzato da macchine ad alta potenza a macchine piccole e leggere. Tuttavia, con la commutazione ad alta velocità, vi è un difetto della dispersione del rumore di commutazione. Questo tipo di alimentazione per circuiti analogici causerà molti problemi.
Quando l'alimentatore switching viene utilizzato come alimentazione del circuito analogico, il rumore ad alta frequenza entrerà nella banda di frequenza del segnale analogico e il rapporto segnale / rumore del segnale analogico si deteriorerà. Sebbene il rumore di commutazione sia generalmente di soli 50-100 mVpp, che è piuttosto piccolo, a causa dell'ampio intervallo dinamico del segnale analogico, tale rumore spesso causa problemi. Soprattutto se utilizzato in apparecchiature come convertitori A / D, quando il rumore si sovrappone al segnale al momento della determinazione del livello di conversione, si verificheranno errori di conversione e non sarà ottenuta la precisione attesa. Per risolvere i problemi di utilizzo degli alimentatori switching nei circuiti analogici, è possibile prestare attenzione ai seguenti due aspetti quando si selezionano gli alimentatori switching: (1) Il livello di rumore dell'alimentatore switching è il più piccolo possibile; (2) La commutazione dei componenti del rumore non entra nella banda di frequenza del segnale. A causa dell'alto livello del segnale analogico, il rumore di commutazione non ha alcun effetto sul rapporto segnale-rumore. Per evitare che il rumore di commutazione entri nella banda di frequenza del segnale, il metodo più semplice consiste nel selezionare un alimentatore con una frequenza di commutazione maggiore rispetto alla banda di frequenza più alta del segnale analogico.
Quando il metodo di cui sopra non può essere selezionato, è necessario trovare un modo per ridurre il rumore di commutazione generato dall'alimentatore. Questi metodi includono: (1) Aggiungere condensatori esternamente. (2) Rumore di commutazione generato dall'alimentazione esterna. (3) Uso combinato di regolatori in serie. Il trasformatore dell'alimentatore utilizza tre avvolgimenti e il rumore può essere eliminato tra gli avvolgimenti. Questo tipo di alimentatore è un alimentatore ad alta efficienza che può essere utilizzato nei dispositivi di comunicazione che forniscono alimentazione attraverso una linea di trasmissione. La parte ricevente della macchina di comunicazione è un circuito analogico che utilizza segnali di induttanza molto bassa. Quando viene utilizzato questo alimentatore switching a basso rumore, può risolvere contemporaneamente problemi di efficienza e rumore.
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