伺服控制系統的EMC設計

目前電氣伺服控制系統中的主控制器主要是單片機芯片，檢測裝置是各種傳感器，信號轉換電路主要實(shí)現a/d轉換功能，執行機構通常使用各種力矩電機。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]，對控制精度的要求越來(lái)越高，同時(shí)隨著(zhù)芯片集成技術(shù)的提高，電氣系統小型化也成為主流趨勢。

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。如果設計不當，電路板會(huì )產(chǎn)生很大的噪聲，影響到伺服控制精度，嚴重的甚至不能實(shí)現控制目的。在電氣伺服控制系統中，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。因此設計好電路板的電磁兼容性，減小電路中的噪聲也成了電路設計時(shí)必須考慮的問(wèn)題。本文從模數電路的連接、地和電源的處理、以及驅動(dòng)電路設計等幾個(gè)方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設計的方法，并通過(guò)實(shí)驗驗證了文種方法的有效性。

伺服控制電路板的電磁兼容設計

在伺服控制電路中，傳感器檢測到的信號是模擬信號，主控制器和執行機構接收的則都是數字信號，電路分為模擬和數字兩部分。如果設計不當，模擬電路和數字電路之間，模擬電路自身以及數字電路自身都會(huì )出現噪聲串擾的情況，會(huì )影響到控制精度。如何設計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。下面從幾個(gè)方面討論伺服控制電路電磁兼容性設計的一些方法，以減小電路中的噪聲，避免噪聲串擾的情況。

模擬電路和數字電路之間的連接

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

對于信號線(xiàn)來(lái)說(shuō)，高頻的信號線(xiàn)應該盡可能的遠離敏感的模擬電路器件。對于電源線(xiàn)，數字電源和模擬電源盡可能分開(kāi)提供。對于地線(xiàn)來(lái)說(shuō)，整個(gè)pcb板對外界只有一個(gè)結點(diǎn)，所以必須在pcb板內部處理數、模共地的問(wèn)題。在pcb板內部，為了避免數字地上的噪聲對模擬地產(chǎn)生干擾，通常將數字地和模擬地分開(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。