Ich entwerfe ein Steuerungssystem, das in der Nähe einer funktionierenden Eisenbahn installiert werden soll. Das System hat viele Schnittstellen, die extern mit verschiedenen Geräten verbunden sind, es hat Wiegand, RS485, Ethernet und ein paar digitale IO-Pins.
Ich denke derzeit darüber nach, Varistoren an jedem Pin zu verwenden, außer natürlich am Ethernet, Strombegrenzungswiderstände, um Kurzschlüsse und Sicherungen an Power-Pins zu vermeiden. Sind TVS-Dioden/Zener-Dioden oder Optokoppler notwendig oder reicht hier der Varistor? (Die MCU wird wahrscheinlich ein Atmega1284 oder ein anderer AVR8 sein)
Meine Frage ist, was sind gute Praktiken und Lösungen, um EMI und ESD und andere Störungen zu vermeiden, die entweder durch Menschen oder die Eisenbahn verursacht werden? Ich weiß, dass Ethernet und RS485 geschützt sind, wir werden dafür abgeschirmte Kabel verwenden.
Ich habe mit einem Spektrumanalysator 200 Meter von einer Triebzugbahn auf CATV 300 MHz Kabelfernsehen überwacht. Die Einstrahlung war enorm und verursachte beim Vorbeifahren des Zuges spürbare Störungen. Die meisten Ursachen waren Erdbodenoxidation am Koaxialkabel und die Qualität des Koaxialkabels (einfache, doppelte Abschirmung, Eindringen von Feuchtigkeit durch Schnitte). Diese Qualität wird durch eine Messung der Übertragungsimpedanz und des CMRR oder mit anderen Worten des Eindringens aufgrund unsymmetrischer Differenzleitungen (Signal und Rückkehr) über das gesamte interessierende Spektrum und den induzierten Strom auf dieser differentiellen unsymmetrischen Impedanz.
Die Lösungen sind vielfältig. Niedrige differentielle symmetrische Impedanz. Eine hohe CM-Impedanz von mehr als dem Fünffachen der Signalbandbreite oder was auch immer verursacht keine Gruppenlaufzeitverzerrung.
Anzunehmen, dass Ihr Twisted Pair nur für transiente Spannungen und nicht für die Signalintegrität anfällig ist, ist naiv. Wenn Sie Probleme mit der Signalintegrität mit einem Test lösen, der äquivalentes A/m-Impulsrauschen mit xx ns Anstiegszeit und V/m-Impulsrauschen mit V/m und derselben Anstiegszeit für die Kopplungskapazität verwendet, können Sie Nahfeldexperimente entlang des von Ihnen gewählten Signalkabels durchführen und messen Sie das induzierte Signal mit einem Spektrumanalysator oder DSO, um die Impedanzen auf Ihrem Kabel anzupassen und zu extrapolieren.
Sobald Sie das Eindringen von diesen Quellen vollständig verstehen und es fachmännisch mit dV/dt- und dI/dt-Pegeln aus reaktiven Schaltertests simulieren können, können Sie sicher vor transienten Pegeln geschützt werden. Gehen Sie davon aus, dass Ihre Masseverbindungen im Laufe der Zeit um 10 Ohm bis > 100 Ohm altern, es sei denn, Sie haben eine andere Spezifikation. besser als Stromleitungen und simulieren Sie dies in Ihren Design- und Designverifizierungstestplänen (DVT).
Übliche Lösungen sind STP-Kabel, kontrollierte Erdungsimpedanz (Geflecht, Flachdraht oder Litze), CM-Drosseln um Kabel an beiden Enden und optimal angepasste SMD-Ethernet-Baluns an Bord für jede Buchse.
In meinen "grünen Weanie"-Tagen als Junior-Konstruktionsingenieur in der Luft- und Raumfahrt Ende der 70er Jahre machte ich einmal die falsche Annahme , dass meine "lange" RS485-Differentialkabelverbindung mit 9600 Baud an beiden Enden für ein Raketen-SCADA-Netzwerk vor dem Start geeignet sei. Nachdem ich das Unternehmen verlassen hatte und nie die Gelegenheit hatte, einen Feldversuch durchzuführen, sagte mir ein Ingenieur, wann immer der VHF-Sender verwendet wurde, er verursachte alle Arten von Datenfehlern. Moral meiner Wahrheit, lernen Sie aus meinen Fehlern und schließen Sie an beiden Enden einen Pi-Filter ein, um zu verhindern, dass demoduliertes AM VHF / UHF Signalintegritätsfehler verursacht, was im Grunde ein Balun mit einer HF-Lastkappe ist. (Gleichtaktdrossel)
Andi aka