伺服控制系統的EMC設計

電源噪聲和地噪聲的處理

如果情況允許，pcb板盡量使用多層板，用地平面代替地線(xiàn)，電源平面代替電源線(xiàn)，電源平面和地平面要盡量相鄰，減少環(huán)路面積[4][7]。在必須使用電源線(xiàn)和地線(xiàn)的時(shí)候，要盡量加寬電源線(xiàn)和地線(xiàn)。

伺服控制電路中通常使用穩壓模塊或者電源模塊來(lái)提供直流電源。為了減小直流電源中的交流噪聲對電子元器件產(chǎn)生干擾，在電子元器件電源的輸入端和地之間接旁路電容濾波[5][6]。為了保證濾波效果，通常使用兩個(gè)容值相差100倍的電容并聯(lián)作為旁路電容。這是為了避免在高速電路中，由于引線(xiàn)產(chǎn)生電感，與電容發(fā)生諧振，造成旁路電容失效的情況。一般電路中常使用10u和0.1u的電容作為旁路電容。旁路電容要盡可能的接近元器件的電源輸入端，越接近電源輸入端濾波效果越好。

a/d轉換器使用時(shí)的布線(xiàn)技巧

a/d轉換器中同時(shí)包括了數字部分和模擬部分，采樣/保持、比較器、數模轉換器的大部分都是模擬的，電路的其余部分是數字的，因此，轉換器所需的大部分電流都用于內部模擬電路，數字電路只需要很少的電流。轉換器可能有多個(gè)電源和地引腳。因為引腳標號分為數字和模擬兩種，所以引腳名經(jīng)常會(huì )引起誤解。其實(shí)這些標號并非刻意描述轉換器到pcb的連接，而是確定了數字和模擬電流如何流出芯片。因此為了避免數字電路噪聲對模擬部分的干擾，通常在模擬平面上連接a/d轉換器的所有電源和地引腳[4]。

通常從a/d轉換器引出兩種地引腳：agnd和dgnd。當對a/d轉換器進(jìn)行布線(xiàn)時(shí)，agnd和dgnd都應該連接到低噪聲的模擬地平面上。模擬和數字電源也應該連接到模擬電源平面或者至少連接到模擬電源線(xiàn)，在每個(gè)電源引腳接適當的旁路電容，且二者盡可能地靠近。與輸入信號有關(guān)的com引腳或in引腳應該盡量靠近信號地連接[4]。

對于高分辨率的逐次逼近型a/d轉換器(16位以上)，在將這些器件與單片機相連時(shí)，盡管這些類(lèi)型的轉換器通常在數字輸出側有內部雙緩沖器，還是要使用外部的三態(tài)輸出數字緩沖器緩沖。這些緩沖器除了具有高驅動(dòng)能力外，還有隔模擬和數字電路的作用，可進(jìn)一步將轉換器中的模擬電路與數字總線(xiàn)噪聲隔離開(kāi)。這種系統的正確電源策略如圖2所示。

驅動(dòng)電路中的電磁兼容性設計

由于單片機給出的驅動(dòng)信號功率較小，所以控制指令先通過(guò)功放(放大裝置)放大后才傳送給作為驅動(dòng)機構的電機。功放的開(kāi)關(guān)過(guò)程和電機的運動(dòng)通常會(huì )帶來(lái)能量較大的高頻噪聲，對數字電路和模擬電路產(chǎn)生較大影響。因此驅動(dòng)電路需要額外考慮一些電磁兼容性的設計。

為了避免驅動(dòng)電路中的高頻噪聲對數字電路和模擬電路產(chǎn)生影響，在pcb板上單獨劃出一塊地方，作為驅動(dòng)電路的布線(xiàn)區域。提供獨立的電源和地給驅動(dòng)電路。該電源和地與數字電源、地和模擬電源、地都不相連。對于信號，在驅動(dòng)電路和數字電路之間接光耦進(jìn)行光電隔離，以保證驅動(dòng)電路中的高頻噪聲不會(huì )傳送到數字部分和模擬部分?？傊ＷC驅動(dòng)電路上所有的電源、地、信號都與電路的其它部分完全隔離。

實(shí)驗結果

圖3直觀(guān)的給出了文中提及的電磁兼容性設計方案。

通過(guò)前后兩次對某導引頭位標器穩定平臺伺服控制的實(shí)驗進(jìn)行比較，在不考慮電磁兼容性設計之前，模擬電路中的高頻噪聲幅值達十幾個(gè)毫伏量級;采用文中所述方法進(jìn)行電磁兼容性設計以后，模擬電路中的噪聲降低到5mv以下。實(shí)驗證明，這些電磁兼容性設計方法可以有效地降低直流伺服控制電路中的噪聲，提高伺服控制的精度。

結語(yǔ)

根據前面討論的幾部分內容，在直流伺服控制電路中，為了避免噪聲的串擾，提高控制精度，需要考慮以下幾個(gè)方面：數字電路和模擬電路要隔開(kāi)，數字電源、地和模擬電源、地分開(kāi)提供;數字地和模擬地之間的連接通過(guò)磁珠單點(diǎn)短接;驅動(dòng)電路單獨放置，電源和地單獨提供，與數字電路之間的信號傳輸通過(guò)光耦隔離。

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