Multi-channel Signal Duruming Systems'de Crosstalk ve Interference Nasıl Azaltılır

Çok kanallı sinyallendirme sistemleri modern endüstriyel izlemenin arka kemiğidir, bilimsel araçlama ve veri toplama. onlarca veya hatta yüzlerce sensörden gelen sinyalleri eşzamanlı olarak işlemelerini sağlar - aksi takdirde 16 bit sistemi gürültülü bir şekilde döndürür ve daha fazlası. Ancak kanal olarak bu etkilerin azaltılması ve sinyal seviyelerinin ikiyüzlülüğün ikiyüzlülüğü daha belirgin hale gelir.Bir tek bir şekilde gürültünün tekrarlanabilirlik ihtiyacı olan bir olasılıktır.

Crosstalk ve Interference

Crosstalk, enerjinin bir sinyal yolundan diğerine istenmeyen bir darbedir. Interference sinyalini bozan dış elektromanyetik rahatsızlıklara atıfta bulunur. Sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan ve her iki kanalda sinyal bütünlüğüne sahiptir.

Capacitive Crosstalk

Capacitive (elektrik alanı) bir iletken üzerinde bir gerilim değiştiğinde, yakın bir iletken üzerinde parasitik kapasitance ile şarj edilebilir. Darbe gücü daha yüksek frekanslar, daha yakın bir kanal ve daha büyük bir sabit kablo veya yoğun bir PCB düzeni olduğunda, özellikle de bir kanal arasında yüksek hıza sahip olduğunda, özellikle de bir kanalda yüksek hızlı bir dijital sinyal taşır.

Inductive Crosstalk

İndüktif (manyetik alan) darbe, şu anki değişikliklerinden oluşur, manyetik alan, yakındaki bir döngüde bir gerilimin azaltılması. Bu, güç tedarik kabloları, motor sürücüleri ve hızlı geçiş akımları ile herhangi bir devre, aynı kullanım veya PCB bölgesinin aynı oranda orantılıdır.

Davranışlı Coupling

Davranışçı darbe, iki veya daha fazla devrenin ortak bir engeli paylaştığı zaman gerçekleşir - çoğu zaman bir güç kaynağı veya bir güç kaynağı demiryolu.Bir kanaldan gelen geri dönüş, paylaşılan bir yükteki bir gerilimin düşmesini yaratır.Bu, birçok kanalla sistemlerde, hatta birkaç milisli izotorik bir gerilimin kaynağı olarak görünür.

Radiated Interference

Radiated müdahalesi, uzay ve kablolara darbe ile seyahat eden elektromanyetik dalgalar, muhafazalar veya PCB izlerini içerir. Kaynaklar yakındaki radyo vericileri, geçiş güç malzemeleri ve aynı sistem içinde dijital saatler içerir. Shielding ve dikkatli bir düzen birincil savunmadır.

Mession için Key Strategies

Pasaj ve müdahaleyi azaltmak, fiziksel tasarımı, devre topolojiyi ve filtrelemeyi gerektirir; tek bir teknik yeterli değildir; güçlü tasarımlar sistem planlamanın en erken aşamasından çok sayıda yöntemi entegre eder.

Fiziksel Ayrılık ve Layoutout

Signal hatları arasındaki mesafeyi artırmak, hem kapasitif hem de indüktif darbeyi azaltmak için en basit ve en etkili yoldur.İki paralel iz arasında sıkıca bağlantı, güç veya dijital kablolarla hassas analog hatları azaltır. PCB tasarımında, analog sinyallerin ve beş kez yüksek hızlı bir şekilde değiştirilmesi için iz genişliği korumak.

PCB'de, tahtayı işlevsel bölgelere bölmek: analog, dijital, güç ve yüksek akım. zemin uçaklar arasında hassas izler kalkan sağlamak için zemin düzlemleri arasında. Katı bir zemin uçağı kullanın (bir şebeke değil) düşük hızlı bir geri dönüş yolu olarak ve en aza indirmek için. zemin uçaktaki bölmelerde kritik sinyalleri önlemek.

Shielding Teknikleri

Bir uçta kalkan, sadece (tipik olarak alıcı son) bir metal kutunun eğimli veya folyo kalkanlı kablolar için, sadece bir sondaki kalkanı (tipik olarak alıcı sonu) tek bir ucundan çıkarmalı. Tüm sistemler için, eğimli bir devrede, eğimli bir kutuda eğimli devreler için.

Gemi seviyesindeki koruyucu için, metalleri hassas bileşenler üzerinde (FEMC) ekleyin veya bakır dökmelerini analog bölümler etrafında yerel bir kalkan oluşturmak için dikteler.

Twisted Pair Wiring ve Diferansiyel İşaretleme

Seslendirme sinyali iletkenleri her teldeki eşit ve tam tersi, uyarı veya zemin kayması ile birleştirin - alıcının yalnızca akran reddedilmesi ile birlikte (Dönetici)[Döneticileri[Döneticileri ile)[Döneticileri arasında)[Döneticileri, yüksek performanslı sinyallendirme işlemine ek olarak, yüksek performanslı sinyallendirme işlemine ek olarak, yüksek performanslı sinyallendirme işlemine ek olarak, yüksek performanslı sinyallendirme işlemine tabi olarak yapılır.

Her bir diferansiyel kanal için, iki tel tutarlı bir zeminle sıkı bir şekilde çarpışmalıdır. Her kanal için kendi kalkanı ile ya da düşük hızlı kanallar gruplar için bir aksanlık kablosu kullanın. alıcılarda, yüksek bir CR ile bir araçlama yükselticisi eşit olarak sona erer.

Grounding Practices

Zavallı zemin, çoklu kanal sistemlerindeki en yaygın müdahale kaynağıdır. Uygun bir zemin sistemi, döngüler yaratmadan düşük basamaklı bir referans sağlar.Bir noktada tüm analog zeminlerin buluştuğu yerdeki üstolojiyi kullanın.

Karma-signal sistemler, ayrı analog ve dijital zemin uçaklar için onları ADC'de bağlayın. Anahtarlı geri dönüş yolu için kalın izler veya sağlam bir zemin uçağı kullanın. asla hassas bir yükselteç zeminini yüz yüzen; en düşük olası en düşük transfer ile geri dönüş yolunu sağlayın. ”

Filtreleme

Filtreler sinyal yolundan istenmeyen frekans bileşenleri ortadan kaldırır. ADC yüksek frekanslı gürültüyü azaltır ve takmayı engelleyebilir. A notch filtresi, Bluetooth Hz güç hattının yaptığı gibi belirli bir müdahale frekansı ortadan kaldırır.

Düşük parasitik indüktörlü filtre bileşenleri seçin. Yüzey en çok seramik kapasitörler, düşük frekanslı akor kullanarak aktif filtreler tercih edilir, ancak af-ampin kendisi kullanarak birçok değer (örneğin, 0.1 μF ve 10 μF) kullanarak, geniş bir frekans aralığını kontrol etmek için.

Aktif vs. Pasif Filtreleme

Pasif filtreler (RC, LC) basit ve güç gerektirmez, ancak yuvarlanma işlemi kademelidır ve sinyal kaynağına yüklenebilir.Aktif filtreler kullanarak af-amp kullanarak aktif filtreler aşırıdır. ancak, aktif bir filtre kendi gürültüyü ve bozulmasını sağlar.For multi-channel systems, artan bileşen ve güç tüketimi yalnızca sinyal-to-noise gereksinimleri aşırı olduğunda haklı çıkabilir.

Kazanılan Derece

Doğru bileşenleri seçmek, sistem algılanabilirliğini dramatik bir şekilde azaltabilir. Yüksek CMRR (≥100 dB) ile kanallararası girişler için artırılmış aparatları seçmek, sadece sinyaliniz için yeterli; aşırı geniş bir bant genişliği yüksek frekanslı gürültüyü sağlar.

Sensörler veya opto çiftleri, çoklu parmaklama sırasında şarj edici veya yüksek çözünürlüklü ortamlar için, kanal başına galvanic izolasyon maliyetine değer verir. Benzer şekilde, röleleri veya analog anahtarları düşük kanal kanaldan uzak tutma süresi ile kırılabilir.

Gelişmiş Teknikler

Standart uygulamalar yetersiz olduğunda, birkaç gelişmiş teknik daha haçlı ve müdahaleyi azaltabilir.

Guard Ring ve Guard Traces

Bir bekçi yüzüğü, bir araç girişinin etrafındaki bir bekçi halkası, eğimli bir dengenin emirlerine göre sızıntıyı azaltabilir.Çok kanallık tahtalar için her kanalda yüksek hacimli girdileri kendi şifreleri ile bağlantıya sokmalıdır.

Dengeli Signal Paths

Balancing, hem diferansiyel bir çiftte aynı şekilde engellendiğini ve her bir diğerine de aynı katmana, aynı uzunlukta ve geometriye dönüştüğünü garanti eder.[0] Elektromanye karşı işlemler[Döneticisel uyumlulukla ilgili olarak, transistör ağlar ve simetrik düzenle ilgili temelleri kapsamalıdır.

Frekans Yönetimi ve Spectrum

Sistem sabit bir saat frekansında çalışırsa, çapraztalk ve müdahale daha geniş bir grup üzerinde müdahaleye yoğunlaşır ve saat spektrumunu (okumak spektrumu saati) yaymak, yüksek emisyon amplitüdünü azaltır, ancak geniş bant gürültülerini arttırır. Alternatif olarak, geniş bir bant üzerinden müdahale etmek için bir dithering veya rastgele geçiş serisi kullanın, ilgi sinyalinin avering veya maça uygun filtreleme yoluyla geri kazanılmasına izin verir.This Technique is especially useful in multi-channel sigma-delta ADC systems.

Pratik Uygulama: Çok-Channel Data Acquisition System

16 kanallı bir termo çift veri satın alma sistemi, 0.1°C'nin bir kararıyla (yaklaşık 4 μV) bir cihazda, düşük seviyeli bir filtre ve 24bit delta-sigma ADC. Sistem, motorlarla, değişken frekans sürücüleri ile bir endüstriyel ortamda çalışmalıdır ve güç malzemeleri ile bir araç yükleme sağlar.

Tasarım Adımları

İlk olarak, PCB'yi bölmek: sol tarafta analog ön uç, ADC ve dijital işlem sağdaki. Her bir girişten RF filtreleme için zemine kadar bir kat daha katı bir zemin kullanın.

Bir metalle tüm analog bölümü zemin uçağa satılabilir. kalkanın tek bir bağlantı noktası vardır.Köpek arılar ve 10 μF + 0.1 μF kapasitörler analog güç girişi için düşük çözünürlükte lineer düzenleyiciler kullanın. Referans gerilimi için, her ADC ile ilgili düşük seviyeli bir referans kullanın.

Yazılım daha fazla tasarruf, canlı ortalama 16 örnek SNR'de 12 dB iyileştirme sağlar. Son sistem, gerekli doğruluk içinde 1 μV RMS'den daha az gürültü katını elde eder.

Test ve Doğrulama

Üretimden önce, prototipi ADC çıkışına bağlı bir spektrum analizörü ile test edin. Bilinen bir müdahale kaynağı (örneğin, 100 kHz kare dalgası) ve kanaldaki geçişin engellenmesi için kanal içi izolasyonu test edin.

Eğer haç tahmin edilenden daha yüksekse, düzeni inceler: Gürültülü dijital çizgilere paralel çalışan hassas izler mi? Yeterli miktarda yer mi (en azından 100 MHz'de sinyal frekansıyla bir tane)? kalkan doğru bir şekilde sona eriyor mu?

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Çok kanallı sinyallendirme sistemleriyle ilgili geçiş ve müdahaleyi azaltmak, tek bir sihirli mermi uygulamak meselesi değildir. Fiziksel bir düzene, zemine, kalkanlama, sinyal topolojiye ve tasarım sürecinin başından itibaren seçme stratejilerine yönelik olarak, mühendisler, talep edilen çok yönlü uygulama uygulamaları kullanarak, kendi kendine en zorlu multi-konferik tasarımdaki yatırımları kullanarak, daha yüksek çözünürlükte, daha yüksek çözünürlükte, daha yüksek çözünürlükte, dinamik bir şekilde azaltılabilir.