LN965系列称重仪表线路当中的抗干扰问题的解析

 工程建设     |      2020-08-13 10:50:06

  LN965A称重仪表线路的抗干扰问题

  防止印制线条之间的串音干扰

  由于印制线条之间存在着分布电容, 就存在着串音干扰,要抑制这种干扰在布线

  时就应:

  (l) 避免线与线间长距离平行走线, 加人线与线间的颧离;

  (2) 对于象电子称重这样的产品中的微弱电信号之lbJ , J以设置一根接地印制线

  条,防.止线间的串音干扰;

  (3) 对地阻抗高的印制线条容易受十扰, 所以应降低印制线条的对地阻抗。抑制

  印制线条的终端反射线条较长的印制线条对信号存在延迟, 有可能造成信号失真,

  在终端形成反射。虽然这种作用有时并不明显, 但一口发生, 就会产生不可预料

  的损失。要抑制这种干扰,可在终端加匹配器。称重仪表的供电主要包括: 显示器

  的高压电源, 般采川荧光显示器的仪表, 此电源为3 0V 一40V ; 荧光显示器的灯

  丝电压, 此电压一般为交流, 也有采)由坏流的; 传感器和前置部分的电源; 数字

  部分电源, 要避免它们之间的相互于扰, 就必须:

  1 根据电流人小, 尽量加粗导体宽度;

  2 将上述几部分电源尽量远距离布置, 特别是交流灯丝电压及高压部分应远离前

  置 部分, 以免干扰模拟信号。

  放大器和滤波部分, 将L/ C 输出的微弱模拟m V 级电信号放人到V 级井滤除高频

  成份,

  A/ D 转换器将模拟信号转换成数字信号, 微处理器将数字信号进行一系列迈算和

  处理, 送

  往显示器进行显示。电源部分则为籍个电路提供所需六流电压或交流电压。

  称重仪表线路的抗干扰设计

  (一) PCB 抗干扰设计

  从称重仪表的l:作原理可以看出, 称重仪表的PCB 设计七要包括: 模拟部分的设

  计、Ac /D C 电源部分

  一

  设计、微处理器数字部分设计、显示按键设计儿部分。电源滤波器和变几器体积

  较人, 一般不安装到线路板l

  二。

  l 电源部分设计

  称重仪表的AC/ DC 电源土要包括模拟部分电源, 此电源一般为DC12 V, 这部分电

  源的稳定性要求较高, 应远

  离板子上的高压部分和交流电源部分: 另部分为数‘多部分电源及显示

  部分电源, 由于电源部分相对来说功

  率比较人, 热址比较集中, 从散热及其对其他电路部分的影响考虑, 一般称重

  仪表的电源部分单独做块线路

  板。若不是单独做板,也应将电源部分集中放置在整个PC B 板的一侧, 模拟部

  分的供电靠近模拟器件布置

  。具体布线时, 电源部分地线应按人面积地和单点接地原则进行布置, 线条尽斌

  粗而短, 过孔尽星少。

  2 模拟部分设计

  由

  一

  于模拟部分传输的是模拟信号, 模拟信号很易受到各种干扰而使称量不准或不稳

  定, 因此, 模拟部分的PCB 设计是称重仪表PCB 设计的重点。以下儿点是实际工

  作中的

  经验总结, 共同行参考。

  (1) 从抗干扰角度考虑, 将模拟部分单独做成一块线路板, 减少称重仪表的其他

  电

  路对他的干扰, 整个板子用金属壳屏蔽, 减少外界电磁场的干扰。

  (2 ) 传感器输出的信号线间设置一条模拟地线(模拟部分的地), 减少信号之间的

  串扰, 两信号线间加涤纶膜滤波电容。

  (3 ) 整个模拟部分的元器件集中放置, 四周用大面积模拟地包围

  。

  (4 ) 除各集成电路的电源和地之间均设置去祸电容外, 模拟电源与模拟地之间

  、模

  拟地与数字地之间配置lu F 的去祸电容, 一方面作为电源的蓄能元件, 一方面旁

  路高频

  噪声。不然电脉冲串一项测试则可能不合格。

  (。) 将传感器的弹性体(一般传感器生产厂家将弹性体与传感器信号线的屏蔽层

  相

  接) 与模拟地相接。

  3 数字部分设计

  称重仪表的数字部分土要包括微处理器和各种逻辑门电路。

  实际设计时应注意以下问题:

  (l) 微处理器的复位电路及时钟电路应靠近微处理器;

  (2 ) 尽量减少逻辑门电路器件的电源线与地线的公共阻抗, 即减少其电源线和地

  线

  的公共部分, 减小其电流回路环。

  (3) 将数字地和模拟部分地线分开, 最后单点相接。

  4 显示按键部分设计

  这一部分线路板设计一般应根据具体尺寸要求放置各元器件, 但因其是人机接口

  部

  分, 所以这部分的设计应注意防水设计。各印制线条应尽量远离板子边缘部分,

  另外需

  注意的是, 这一部分的地线与数字地、模拟部分地线应遵循一点接地原则; 例如

  在显示

  器与按键板上的不良接地, 当显示数值在去皮范围内时, 执行“ 去皮

  ” 功能, 出现显示

  器不能归零现象。

  对电子汽车衡等需要进行防雷设计的衡器, 其仪表部分PCB 的不良接地或不接地

  将

  引起器件烧毁和报废, 造成严重的后果。

  更应注意的是这一部分含有30 多伏的高压, 而且传输的是变化的脉冲信号, 若离

  模

  拟部分较近, 则可能引起称举不准, 所以这一部分应远离模拟部分。

  (二) 线路的EMC 设计

  EMC 即电磁兼容性。称重仪表功率不大, 因此对EMC 设计主要应考虑外部电磁干

  扰对

  它的影响。

  下面几点是实际l: 作中采用的确C 设计方法:

  1 电源部分

  电源部分易受电磁干扰部分主要为交流2 20V 进线处及变压器输出绕组部分, 对

  这两

  部分的设计采取了如「对策:

  1 交流220V 进线在磁环上缠绕1 周半;

  o 变压器输出绕组缠绕一层屏蔽网, 然后将屏蔽网与导线一起在磁环上缠绕

  1 周平由

  于模拟部分传输的是模拟信号, 模拟信号很易受到各种干扰而使称量不准或不稳

  定, 因此, 模拟部分的PCB 设计是称重仪表PCB 设计的重点。以下儿点是实际

  作中的

  经验总结, 共同行参考。

  (1) 从抗干扰角度考虑, 将模拟部分单独做成一块线路板, 减少称重仪表的其他

  电

  路对他的干扰, 整个板子用金属壳屏蔽, 减少外界电磁场的干扰。

  (2 ) 传感器输出的信号线间设置一条模拟地线(模拟部分的地), 减少信号之间的

  串扰, 两信号线间加涤纶膜滤波电容。

  (3 ) 整个模拟部分的元器件集中放置, 四周用大面积模拟地包围。

  (4 ) 除各集成电路的电源和地之间均设置去祸电容外, 模拟电源与模拟地之间

  、拟地与数字地之间配置lu F 的去祸电容, 一方面作为电源的蓄能元件, 一方面

  旁路高频

  噪声。不然电脉冲串一项测试则可能不合格。

  (。) 将传感器的弹性体(一般传感器生产厂家将弹性体与传感器信号线的屏蔽层

  相

  接) 与模拟地相接。

  3 数字部分设计

  称重仪表的数字部分土要包括微处理器和各种逻辑门电路。

  实际设计时应注意以下问题:

  (l) 微处理器的复位电路及时钟电路应靠近微处理器;

  (2 ) 尽量减少逻辑门电路器件的电源线与地线的公共阻抗, 即减少其电源线和地

  线

  的公共部分, 减小其电流回路环。

  (3) 将数字地和模拟部分地线分开, 最后单点相接。

  4 显示按键部分设计

  这一部分线路板设计一般应根据具体尺寸要求放置各元器件, 但因其是人机接口

  部

  分, 所以这部分的设计应注意防水设计。各印制线条应尽量远离板子边缘部分,

  另外需

  注意的是, 这一部分的地线与数字地、模拟部分地线应遵循一点接地原则; 例如

  在显示

  器与按键板上的不良接地, 当显示数值在去皮范围内时, 执行“ 去皮

  ” 功能, 出现显示

  器不能归零现象。

  对电子汽车衡等需要进行防雷设计的衡器, 其仪表部分PCB 的不良接地或不接地

  将

  引起器件烧毁和报废, 造成严重的后果。

  更应注意的是这一部分含有30 多伏的高压, 而且传输的是变化的脉冲信号, 若离

  模

  拟部分较近, 则可能引起称举不准, 所以这一部分应远离模拟部分。

  (二) 线路的EMC 设计

  EMC 即电磁兼容性。称重仪表功率不大, 因此对EMC 设计主要应考虑外部电磁干

  扰对

  它的影响。

  下面几点是实际l: 作中采用的确C 设计方法:

  1 电源部分

  电源部分易受电磁干扰部分主要为交流2 20V 进线处及变压器输出绕组部分, 对

  这两

  部分的设计采取了如「对策:

  1 交流220V 进线在磁环上缠绕1 周半;

  o 变压器输出绕组缠绕一层屏蔽网, 然后将屏蔽网与导线一起在磁环上缠绕

  1 周平由

  于模拟部分传输的是模拟信号, 模拟信号很易受到各种干扰而使称量不准或不稳

  定, 因此, 模拟部分的PCB 设计是称重仪表PCB 设计的重点。以下儿点是实际工

  作中的

  经验总结, 共同行参考。

  (1) 从抗干扰角度考虑, 将模拟部分单独做成一块线路板, 减少称重仪表的其他

  电

  路对他的干扰, 整个板子用金属壳屏蔽, 减少外界电磁场的干扰。

  (2 ) 传感器输出的信号线间设置一条模拟地线(模拟部分的地), 减少信号之间的

  串扰, 两信号线间加涤纶膜滤波电容。

  (3 ) 整个模拟部分的元器件集中放置, 四周用大面积模拟地包围

  。

  (4 ) 除各集成电路的电源和地之间均设置去祸电容外, 模拟电源与模拟地之间

  、模拟地与数字地之间配置lu F 的去祸电容, 一方面作为电源的蓄能元件, 一方

  面旁路高频

  噪声。不然电脉冲串一项测试则可能不合格。

  (。) 将传感器的弹性体(一般传感器生产厂家将弹性体与传感器信号线的屏蔽层

  相

  接) 与模拟地相接。

  3 数字部分设计

  称重仪表的数字部分土要包括微处理器和各种逻辑门电路。

  实际设计时应注意以下问题:

  (l) 微处理器的复位电路及时钟电路应靠近微处理器;

  (2 ) 尽量减少逻辑门电路器件的电源线与地线的公共阻抗, 即减少其电源线和地

  线

  的公共部分, 减小其电流回路环。

  (3) 将数字地和模拟部分地线分开, 最后单点相接。

  4 显示按键部分设计

  这一部分线路板设计一般应根据具体尺寸要求放置各元器件, 但因其是人机接口

  部

  分, 所以这部分的设计应注意防水设计。各印制线条应尽量远离板子边缘部分,

  另外需

  注意的是, 这一部分的地线与数字地、模拟部分地线应遵循一点接地原则; 例如

  在显示

  器与按键板上的不良接地, 当显示数值在去皮范围内时, 执行“ 去皮

  ” 功能, 出现显示

  器不能归零现象。

  对电子汽车衡等需要进行防雷设计的衡器, 其仪表部分PCB 的不良接地或不接地

  将

  引起器件烧毁和报废, 造成严重的后果。

  更应注意的是这一部分含有30 多伏的高压, 而且传输的是变化的脉冲信号, 若离

  模

  拟部分较近, 则可能引起称举不准, 所以这一部分应远离模拟部分。

  (二) 线路的EMC 设计

  EMC 即电磁兼容性。称重仪表功率不大, 因此对EMC 设计主要应考虑外部电磁干

  扰对

  它的影响。

  下面几点是实际l: 作中采用的确C 设计方法:

  1 电源部分

  电源部分易受电磁干扰部分主要为交流2 20V 进线处及变压器输出绕组部分, 对

  这两

  部分的设计采取了如「对策:

  1 交流220V 进线在磁环上缠绕1 周半;

  o 变压器输出绕组缠绕一层屏蔽网, 然后将屏蔽网与导线一起在磁环上缠绕

  1 周平后插到主板上;

  对以上两项, 采用金属外壳的称重仪表不必采用, 但对采用其它不导电材料的外

  壳

  称重仪表, 则必须进行以上处理;

  ? 滤波器外壳与交流220V 地线可靠相接。

  2 传感器线与仪表接合处, 应用金属材料密封; 进入表内至印制线路板部分的导

  线

  可在磁环上缠绕1 周、}戒后连接;

  3 显示器离线路板较远的仪表, 例如计价秤的后显示离士板有近半米的距离, 电

  缆

  线较长, 在电缆线上缠绕一层金属屏蔽网, 可起到很好的抗电磁辐射效果:

  4 对采用金属外壳的仪表, 显示窗处及按键应采取屏蔽措施。例如在显示窗处粘

  贴

  屏蔽网, 但应不影响观察效果, 涤纶膜按键在制作时在夹层中增加屏蔽层; 对非

  金属材

  料的外壳, 除了采取以上方法外, 还应在外壳的内表面喷涂或粘贴导电材料, 达

  到好的

  电磁屏蔽效果。

  根据J G 555一9 6 《非自动秤通用检定规程》的12 . 3 条干扰性能测试的短时

  电源电压

  降低、电脉冲串、静电放电和抗电磁辐射的要求, 在有干扰和无干扰情况卜, 其

  示值之差

  应不大于e 或者能检出并反应显著干扰误差。通过对称重仪表进行以上的抗干扰

  设计, 我

  公司生产的仪表和计价秤经山东计量科学研究所测试, 能反应显著干扰误差或有

  无干扰示

  值之差为零, 完全满足JJG 555一9 6 的要求。

  总之, 称重仪表的印制线路板的装配形式, 给电子衡器的装配、调试、维修均带

  来

  了方便, 然而也给电路带来了许多问题, 只有在实际l一

  作中应用抗干扰理论, 不断积累

  经验, 才能设计出高水平的、抗干扰性能好的PCB 和电子线路, 更好地满足用户

  的要求。

  从抗干扰角度看, SMT ( 表面贴装) 器件的抗干扰特性较好。SMT 器件无引线或

  引线很

  短, 大大降低了元器件引线引起的分布电容和电感, 改善了其高频特性; 所以在

  选择元

  器件时应根据具体情况尽量选用SMT 器件。

  称重仪表的PC B 各关键部位配置去祸电容或高频旁路电容

  .

  称重仪表一般采用微控制器作中央处理单元, 它采用品振作系统时钟, 这种方波

  时钟

  含有丰富的高频成分; 线路板上的元器件引线就好象是高频信号的大线; 各门电

  路的不断

  开关也引起器件地线、电源线上的di / dt 变化率, 产生高频干扰。增加去祸电

  容和高频

  旁路电容可有效祛除这些高频噪声。特别是仪表的模拟地和数字地之间及模拟电

  源和模

  拟地之间的去祸电容是必不可少的。实践证明: 缺少了这两个电容, 在称重仪表

  的抗

  一于扰

  实验的电脉冲串一项测试不合格。

  电源和地之间的去祸电容一方面作为器件的蓄能元件, 提供和吸收开关门瞬间的

  冲

  放电能量; 另一方面旁路器件的高频噪声。电容的容量值不同, 滤除的高频噪声

  的频率

  范围不同

  。0 . lu F 的电容对10 翩z 以‘卜噪声去祸作用好, 而I nF 、I OnF 的

  电容对20MH z 以

  上的高频噪声去祸效果好。具体选择可按c 邓=l 的原则去选。根据以卜原则和

  EMC 测试

  要求, 称重仪表选用luF 的担或独石电容作为去祸电容。

  由于电子衡器的l 作现场一般都

  很恶劣, 有的现场粉尘大、有的环境有干扰源、有的比较潮湿, 因此电子衡器的

  仪表部分

  一般都使用密闭机箱。密闭机箱的散热主要靠机箱向外散热, 内部则是靠白然空

  气冷却

  。

  因此在选择机箱材料时, 应选用导热性好的材料, 设计外刑时, 不仅要考虑其美

  观程度, 更

  要尽量加大其与空气的接触面积, 增加散热性能。内部元器件产生的热量要采取

  措施让其迅速传到机箱上去

  。例如: 可将产生热童人的器件固定到招架卜, 再将铝架与机箱紧固, 以

  使热星快速传递。

  尽址减少不同器件的电源线和地线的公共阻抗。例如: 器件A、B 的电源线、地线

  存在公共阻抗, 设A 有6 个门, 侮个门的开关电流变化为3 m A, 则6 个门同时开

  关的电流变化有18 m A , 信号上升时间为sns, 接地线的等效电感为50 nH, 则噪

  声v二Ld i / d t 二50 x l8 / 5 = 018 v , 即A 开关过程中, 有宽sn s, 峰值

  (),18 V 的噪声对集成电路B产生干扰。

  尽星减小器件的电源线和地线形成的电流回路。因在这样的回路中存在着变化的

  电场、磁场, 在此环中尽最亦不放置器件, 以减少干扰。

  采用大面积地和单点接地法, 接地线构成闭环路。

  PCB 的地线面积越大, 阻抗越小, 各接地点的电位基本相同, 干扰对其影响越小

  。

  PC B 上的模拟地、数字地布线时分开布, 最后汇集到一个接地点匕即单点接地。

  如果随处相接, 则数字部分如有大电流器件, 则其开关时很容易彤响到模拟部分,

  造成称量不准或影响功能的正常执行。