מבוא ל-Dest Integrity in Conditioning Circuits

מעגלי מיזוג אותות מגשר הפער בין פלטי חיישן גולמי לבין האותות המדויקים הנדרשים על ידי ממירים אנלוגיים-לספריים (ADCs) או מערכות בקרה.אפילו המגבר המתקדם ביותר או המסנן יכולים להיות חסרי תועלת אם נתיב האות הבסיסי הוא מושחת על ידי רעש, סחף, או התערבות. שתי טכניקות בסיסיות - מעומקות ומגן - למסד את המיטה של עיצוב אותות חזקים.

הפיזיקה של רעש וצורך לקרקע

בכל מערכת אלקטרונית, מתח הוא כמות יחסית. A "signal" הוא ההבדל הפוטנציאלי בין שני צמתים, ואת הצומת ההתייחסות נקרא בדרך כלל קרקע.ללא קרקע מוגדרת היטב, כל מדידה הופכת להיות מעורפלת יותר ביקורתי, זרמים נודדים מאספקת חשמל, לוגיקה דיגיטלית, או שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים יכולים להזריק רעש לתוך נתיב האות.

מעבר למתן התייחסות, ריצוף משמש גם פונקציה בטיחותית על ידי צמיגים חשופים חלקים מוליכים אל האדמה, מניעת הלם חשמלי.במקרה של מיזוג אותות, המטרה העיקרית היא למזער את ההבדלים בין נקודות קרקע שעלולות להשחית את האות.עקרון זה מוביל לכמה אסטרטגיות מקרקעות, כל אחד עם יתרונות נפרדים ונקודות מסחר.

סוגי קרקע ב-Destion Conditioning

מהנדסים לעתים קרובות להבחין בין שלושה סוגים של קרקע, אם כי בפועל הם עשויים להיות קשורים:

  • (ב) ,0) , GroundBuildFLT:1 ; חיבור פיזי ישיר אל האדמה, בדרך כלל באמצעות מוטה מעומק הקרקע או רשת הקרקע של המתקן , הוא מספק נתיב יציב, נמוך-מסוגל עבור זרמים פגומים והגנה ברק.
  • (ב) ,0) צ'לסיס GroundFLT:1 - מתחם המתכת או מסגרת הציוד.זה קשור בדרך כלל לאדמה לבטיחות. בתוך המעגל, הקרקע של אסאס משמש כנקודת סיום מגן וחזרה לזרמים גבוהים, אך לא צריך להיות הפניה האותית העיקרית.
  • (FLT:0) רצפה חדה (FLT:1) - צומת ההתייחסות הספציפי לסימנים אנלוגיים.זוהי רכבת "אפס-וולט" של המעגל האנלוגי.קרקע אותות אותות אותות אנרגיה חייב להיות נקי ומופרדים מאנרגיה רועשת לחזור כדי להימנע מזיהוי מדידות רגישות.

בחירת הסוג הקרקעי הנכון היא רק ההתחלה; ניהול האופן שבו היסודות האלה קשורים הוא המקום שבו מתעוררים אתגרים עיצוביים.

Star Grounding and the War Against Ground Loops

(FLT:0) לולאה שטוחה (FLT:1) מתרחשת כאשר שני נקודות קרקע נפרדות מחוברים יותר מדרך אחת, יצירת לולאה סגורה שיכולה להרים שדות מגנטיים ולגרום זרמים במחזורים. זרמים אלה מייצרים טיפות מתח לאורך המוליכים הקרקע, הוספת אות לא רצוי למדידה.הסימפטום הקלאסי הוא 50 הרץ או 60 הרץ (ונזקים שלה) הם על גבי אות לא רצוי על המדידה.

כדי לחסל לולאות קרקעיות, הטופוגרפיה:0 (FLT:0) כוכבים מקיפים את ⁇ FLT:1 (או חד-פעמי) מועסקת לעתים קרובות.בבסיס כוכבים, כל חיבורי הקרקע נפגשים בנקודה פיזית אחת – "הכוכב" זה מבטיח כי אין שני נתיבים קרקעיים בצורת לולאה סגורה בלבד.נקודת הכוכבים קשורה בדרך כלל לקרקעות כאסה וקרקע במיקום אחד בלבד.

עבור מערכות בעלות חתימה מעורבת, מעצבים רבים מפרידים בין אנלוגיה ודיגיטלית מטוסים, המחברים אותם מתחת ל- ADC באמצעות גשר אחד או טפיל טנד כדי למנוע רעש דיגיטלי גבוה ⁇ ממזהמים את התחום האנלוגי.טכניקה זו מתוארת בפירוט ב-FLT:0Analog מכשירים יישום NoteFLT:1.

שיקולים ותדירות

בתדרים נמוכים, עקבות נחושת פועלים כהתנגדות כמעט אפס, אבל ככל שתדירות עולה, התגובה המעמיקה של העקב הופכת משמעותית. A 1 אינץ '- PCB יכול להיות אינדוקציה של - n10H, אשר ב -100 MHz מציג תנופה של מעל 6 ⁇ .זה אומר כי בתנוחתת אות גבוהה (למשל, עבור דגימה מהירה ADC), להסתמך על מתח חד-פעמי על פני השטח.

עבור מעגלים גבוהים של ספארי, aFLT:0;0;multi-point המתבסס על תוכנית 1Felo (FLT) משמש לעתים קרובות: נתיבי קרקע מרובים הרץ להתחבר ישירות אל מטוס קרקע-אימפריאל-הקרקע עצמו פועל כפניה, מתן פוטנציאל כמעט אחיד על פני ה- PCB. עם זאת, גישה זו יכולה לגלגל לולאות קרקעיות אם לא בזהירות עם שמירה על נתיבי אנרגיה.

מגן אותות מהתערבות חיצונית

חסימת מעגלים רגישים או כבלים במחסום מוליכים הדוחק שדות חשמליים חיצוניים (E-fields) ושדות מגנטיים (H-fields) מגן פועל על ידי התבוננות או סופג אנרגיה אלקטרומגנטית לפני שהוא מגיע לדרך האות.In איתות, מגן הוא חיוני כאשר כבל ארוך משמש, או כאשר המעגל פועל ליד מנועים, אספקת חשמל, או שידור רדיו.

שדה חשמלי מגן

שדות חשמליים חסומים בקלות על ידי מחסום התנהגותי הקשור לקרקע.המגן יוצר כלוב פאראדיי: כל תקרית שדה חשמלי על המגן גורמת להאשמות כי ביטול השדה בתוך.מסיבה זו, מגיני קרמיקה ומגן מחוספס על כבלים יעילים מאוד נגד הפיכה כרצ'ית.החובה העיקרית היא קשר מחוס נמוך לקרקע; אחרת, המגן עצמו יכול להפוך למקור של הפרעה.

שדה מגנטי מוגן

שדות מגנטיים נמוכים (למשל, ממתני כוח) קשה יותר לחסום.בעוד מגינים חשמליים הם מוליכים פשוטים, מגינים מגנטיים דורשים חומרים עם יכולת מגנטית גבוהה (כמו mu-metal) להסיט את השטף המגנטי הרחק מהשטח הרגיש. בתדרים גבוהים יותר, eddy הנוכחים במגן התנהגותי יכולים גם לספק הגנה מגנטית, אבל עובי הדרוש לתנורות נמוכה הופך למתחים אלה: 0 מחוספסים זהה, לעתים קרובות, לעומת זאת, מחוספסת:

סקירה מצוינת של יעילות הגנת כבל מסופקת בדוח זה:0Texas Instruments דוח יישום יישום של ההרחבה 1.

סוגי מחסומים

  • (FLT:0) מגן ברהיד (FLT) 1 (Bided or Falls עוטפים סביב חוטי אות.מגן אמיץ מציעים התנגדות נמוכה עמידות גבוהה, בעוד מגיני קרמיקה מספקים 100% כיסוי והם טובים יותר נגד הפרעות גבוהות.
  • (ב) ,0) ,Enclosure Shields FLT:1 - קופסאות מתכת כי בתים מעגלים שלמים.הם קשורים לעתים קרובות משטח כאסאסה ויכולים לכלול ארגזים כדי לאטום ים.עבור מעגלים רגישים מאוד (למשל, ph חיישן preamplifiers), כפול מדבק עם מגן פנימי מחובר לקרקע ומגן חיצוני לכלסאסי יכול לשמש קרקע.
  • (FLT:0) מגן-הלבנטי (Level ShieldsFIRLT:1) - פחיות מתכת קטנות שמתאימות ל-ICs או מודולים בודדים.אלה נפוצים במודולים RF וראשי חזית אנלוגיים רגישים.

המונחים: Grounding

חיבור מגן לקרקע אינו טריוויאלי כמו פשוט לצרף חוט.החיבור הלא נכון יכול להפוך את המגן לאנטנה של רעש-המכונה: הפרקטיקה הסטנדרטית היא לקרקע את המגן ב-FLT:0one End onlyFLT:1, בדרך כלל הסוף שבו המקור או המקלט יש הפניה הקרקע שלו.

[ב] ב[[1824]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]

שילוב מעשי של התעלות וחסימת

התעלות ומגן אינם עצמאיים; הם חייבים להיות מעוצבים יחד כדי למקסם את שלמות האותות.מערכת ממוקפת היטב עם מגן גרוע עדיין להרים רעש, מערכת מוגנת לחלוטין עם לולאות קרקעית תזרק רעש מהזרם המגן.

עקרונות PCBout עבור עיצובים מעורבים

  • (ב) ,0 חלק מה- BoardeurFLT:1 להשוואה, דיגיטלית וכוח, להימנע מפגיעה בסימנים דיגיטליים על פני אזורים אנלוגיים.
  • (FLT:0) השתמש במטוס קרקע מוצק 1FLT עבור סעיף אנלוגי שבו ניתן.אם מטוסים אנלוגיים ודיגיטליים נפרדים משמשים, לחבר אותם תחת ADC באמצעות גשר צר (או רעט טפיל) כדי לשמור על מטוס אנלוגי נקי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ עקף קיבולים 1 (FLT:0) קרוב לדרגות כוח של מכשירים אנלוגיים.
  • (ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חיבור של מחסומים לקרקע בפועל

כאשר מחברים מגן ל- PCB, להימנע חוטי זנב ארוכים.במקום, להשתמש חיבור 360 מעלות - עבור כבלים קואקסיאליים, מחבר ייעודי המחבר את המגן אל ה- chassis בשלב הכניסה.עבור כבלים שטוחים עם חוטי ניקוז, לסיים את חוט הניקוז כדי לקרקע קרוב ככל האפשר.

טכניקה נוספת היא השימוש של ההרחבה:0guard RingvephearphveFLT:1 , סביב גבוה סרני קלט מפוכחים.טבעת זו היא עקבות המונעים לאותה פוטנציאל כמו קלט (באמצעות buffer) ומחוברת ליחס נמוך של הפניה של פשטות.זה מספק מגן מפני זרמי דליפה ותפיסת שדה חשמלי, במיוחד על ממשק חיתנים גבוהה.

תגית: Thermocouple Signal Conditioning

ה-Thermocouples מייצרים אותות ברמה נמוכה מאוד (מיקרו וולט לתואר) והם רגישים מאוד לרעש.שרשרת אות טיפוסית כוללת מגבר כלי, חיישן פיצוי צום קר (CJC) ו- ADC. Grounding ומגן עבור קלט תרמוקופיל לעתים קרובות לעקוב אחר השלבים האלה:

  1. השתמש כבל מעוות-pair מוגן מפני התרמוקופיל אל לוח התניה אות.קרקע את המגן בקצה הלוח בלבד.
  2. מעסיק מסנן נמוך ישירות בקלט כדי להסיר את התערבות RF לפני המגבר.
  3. ודא כי הפניית הפניה של מגבר קשורה לאדמה אנלוגית עם חיבור נמוך של התנגדות.
  4. אם התרמוקופיל הוא מעומק (למשל, צומת חשוף נוגע צינור מתכת), להיזהר של לולאות קרקע דרך הצינור. השתמש בידוד (למשל, מגבר מבודד או או בוחרים) כדי לשבור את הלולאה.
  5. הניחו את חיישן CJC קרוב לחבר תרמוקופיל ויגן עליו עם מטוס קרקע מקומי.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

  • (ב) ,0) ,הקרקע כאות חוזר לזרם גבוה של ספקטרום גבוה ( 1:1) - קרקע כוח וקרקע אות חייב להיות נפרד כדי למנוע שינוי מתח של ההתייחסות לסימן הכוכבים בלבד.
  • (ב) ,0) ,המגן הבלתי מחובר הוא חסר תועלת; הוא יכול למעשה ליצור רעש נוסף באמצעות הפיכה כבירה.
  • (FLT:0) חיבורי קרקע ללא תכנון LT:1) - זה יוצר לולאות קרקעיות. Stick to a שיטתית (נקודת מפנה או רב-נקודות על בסיס תדירות).
  • (FLT:0) אבחון רעש משותף של מנדט 1 (הקרקע לבדה אינה יכולה לבטל התערבות משותפת; מגנה זוגות מעוותים וסימן שונה נדרשים.
  • (ב) ⁇ :0) ,התנשאות על פני השטח, ו[דרוש מקור] , ו[דרוש מקור] קדשו [ב], ו[התערות], ו[התערות] קדשות [התחילה], ו[התחילה [התחילה] היא] .

לקריאה נוספת על טעויות עיצוב נפוצות, מאמר FLT:0EDN על בסיס ו- routingsFLT:1 מציע תובנות חשובות.

מסקנה

התעלות ומגן אינם תוספות אופציונליות אלא דיסציפלינות בסיסיות בעיצוב מעגל אותות. על ידי מתן הפניה יציבה ומחסום נגד התערבות חיצונית, טכניקות אלה מאפשרות רמות גבוהות של דיוק וחזרה על ידי מכשירים מודרניים, רכישת נתונים ומערכות בקרה.המהנדס חייב להעריך את התוכן תדירות של אותות, הסביבה, ואת הארכיטקטורה המערכת כדי לבחור את הטופולוגיה המתאימה (כוכב, קרקע, או כלי רכב היברידי) והגנתיים, והגנתיים, ואפילו מדידה זה יכול להיות יעיל ביותר, עם אסטרטגיות זהירות, עם מדידה, אפילו מדידה, אתה יכול להיות מאתגרת, כי אתה יכול להיות מאתגרת, עם אסטרטגיות מדידה טובה ביותר, זהירה, זהה, זהה, כי אתה יכול להיות מאתגרת, כמו גם את זהה, כמו גם את זהירה, זהירה ביותר, זהירה, זהה, זהה, זהה, זהה, כמו גם את זהירה, זהירה קפדנית ביותר, זהה, זהה, זהירה, זהירה, זהה, זהה, זה יכול להיות יעיל ביותר, זה יכול להיות יעיל ביותר, זה יכול להיות יעיל ביותר, כמו גם את זהה, כמו גם את זה יכול להיות יעיל ביותר, זה יכול להיות יעיל ביותר, כמו גם את זה יכול להיות יעיל ביותר, זה יכול להיות יעיל ביותר,

הממשק בין ריצוף ומגן ממשיך להתפתח עם התקדמות במהירות גבוהה ו- ICs-signal-signal להישאר הנוכחי עם הערות יישום של יצרנים מובילים למחצה מוליכים למחצה - כגון Analog מכשירים, Texas Instruments ו- Linear טכנולוגיה - הוא דרך מצוינת לחדד מיומנויות אלה ולהתמודדות עם אתגרים עיצוב חדשים עם ביטחון.