伺服控制系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)

目前電氣伺服控制系統(tǒng)中的主控制器主要是單片機(jī)芯片，檢測裝置是各種傳感器，信號轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常使用各種力矩電機(jī)。其控制原理示意圖可以簡單的用圖1的方塊圖來表示[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越高，同時隨著芯片集成技術(shù)的提高，電氣系統(tǒng)小型化也成為主流趨勢。

在小型化的需求下，通常將整個控制電路集成在一塊電路板上，電路板密度較高。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，電路板會產(chǎn)生很大的噪聲，影響到伺服控制精度，嚴(yán)重的甚至不能實(shí)現(xiàn)控制目的。在電氣伺服控制系統(tǒng)中，控制電路板的噪聲也成為影響控制精度的一個重要因素。因此設(shè)計(jì)好電路板的電磁兼容性，減小電路中的噪聲也成了電路設(shè)計(jì)時必須考慮的問題。本文從模數(shù)電路的連接、地和電源的處理、以及驅(qū)動電路設(shè)計(jì)等幾個方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設(shè)計(jì)的方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了文種方法的有效性。

伺服控制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)

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(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的則都是數(shù)字信號，電路分為模擬和數(shù)字兩部分。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，模擬電路和數(shù)字電路之間，模擬電路自身以及數(shù)字電路自身都會出現(xiàn)噪聲串?dāng)_的情況，會影響到控制精度。如何設(shè)計(jì)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重要環(huán)節(jié)。下面從幾個方面討論伺服控制電路電磁兼容性設(shè)計(jì)的一些方法，以減小電路中的噪聲，避免噪聲串?dāng)_的情況。

模擬電路和數(shù)字電路之間的連接

由于信號的性質(zhì)，數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度較強(qiáng)。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)過放大器放大，極小的噪聲電壓都會引起輸出信號的嚴(yán)重失真。在數(shù)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(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力。數(shù)、模之間的大多數(shù)干擾是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線產(chǎn)生的噪聲干擾最大。

對于信號線來說，高頻的信號線應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。對于電源線，數(shù)字電源和模擬電源盡可能分開提供。對于地線來說，整個pcb板對外界只有一個結(jié)點(diǎn)，所以必須在pcb板內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問題。在pcb板內(nèi)部，為了避免數(shù)字地上的噪聲對模擬地產(chǎn)生干擾，通常將數(shù)字地和模擬地分開，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(shù)字地上的高頻噪聲傳送到模擬地上，短接通過磁珠連接。磁珠可以將通過其的高頻噪聲吸收并且轉(zhuǎn)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去[5][6]。實(shí)驗(yàn)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。