Ich entwerfe ein neues Produkt, das eine uC-Platine in einer Kunststoffbox haben wird, die von einem 12-V-Netzadapter gespeist wird. Ich entscheide mich für die Verwendung eines COTS-Adapters, anstatt ein Netzgerät zu entwickeln, um Zertifizierungsprobleme zu reduzieren.
Auf der Hauptplatine (uC) befindet sich ein 5-V-Regler, der nur den uC mit Strom versorgt, und es gibt Anschlüsse für drei Arten von externen Geräten. Die Baumgeräte sind; ein 5-V-Sensor, ein 12-V-Aktuator und ein Kippschalter.
Der 5-V-Sensor hat einen eigenen Regler auf der Hauptplatine und wird mit 2 digitalen Eingängen am uC verbunden, der 12-V-Aktuator wird vom 12-V-Adapter über ein Relais oder einen MOSFET auf der Platine mit Strom versorgt und der Kippschalter wird angeschlossen an Masse und einen digitalen Eingang des uC.
Der Sensor befindet sich wahrscheinlich an einem Kabel mit einer Länge von weniger als 2 m, der Aktor befindet sich wahrscheinlich an einem Kabel mit einer Länge zwischen 2 m und 8 m und der Kippschalter befindet sich an einem Kabel mit einer Länge zwischen 8 m und 20 m.
Ich habe nicht wirklich Erfahrung mit dem Entwerfen von Systemen mit langen Kabeln und würde gerne verstehen, wie dieses System entworfen und implementiert wird, um die Wahrscheinlichkeit falscher Messwerte des Kippschalters und des Sensors aufgrund von EMI auf den Kabeln zu minimieren.
Die Art von Stecker, die ich idealerweise verwenden möchte, wären 3,5-mm-Klinkenstecker, und ich habe einige Kabel identifiziert, die meiner Meinung nach geeignet sein könnten. Ich versuche, die Kosten pro Kabelmeter auf einem vernünftigen Preis zu halten (<£1/m)
Meine Annahme ist, dass ich mit dem oben genannten Kabeltyp (für den 5-V-Sensor) eine Ader für die 5-V-Stromleitung, zwei Adern für die digitalen Signale und die Abschirmung für die 0-V-Referenz verwenden kann? Ist dies richtig und wird dies dazu beitragen, die Beeinträchtigung der Integrität meiner Signale durch EMI zu reduzieren?
Ich gehe davon aus, dass ich für den Kippschalter ein einadriges abgeschirmtes Kabel verwenden und die Abschirmung als 0 V verwenden kann? Ist das richtig?
Was ist mit dem Aktuator, kann ich auch Einzelader für 12 V und Abschirmung für 0 V verwenden?
Ich gehe davon aus, dass es vorteilhaft wäre, für jeden der von mir verwendeten digitalen Eingänge starke Pull-Ups zu verwenden (~ 200 Ohm?). Und dass ich Kondensatoren zwischen 0 V und Eingangssignalen auf der Hauptplatine platzieren sollte? Welche Werte müssen das sein?
Für den Kippschalter bräuchte ich vielleicht auch eine Ferritperle um das Kabel? Am PCB-Ende? Wären Ferrite für die anderen Kabel nützlich?
Ein Beispiel für das Setup, das ich möglicherweise habe, ist ein 12-V-2-A-Netzadapter, der mein uC-Board in einer Kunststoffbox mit Strom versorgt. ein 4-poliges Klinkenkabel (2 m lang) zum Anschluss an einen Drehgeber mit 2 digitalen Leitungen, die < 100 Hz pulsieren, ein 5-m-Kabel (2-polige Buchse) zum Anschluss an ein Maglock (12 V < 200 mA) und ein 2-poliger Klinkenstecker, 15 m Kabelverbindung zu einem Kippschalter in einem anderen Raum.
Das Maglock wäre normalerweise verriegelt, das Bewegen des Drehgebers in eine bestimmte Position würde dazu führen, dass das Maglock entriegelt wird, oder das Schließen des Kippschalters würde auch dazu führen, dass das Maglock entriegelt wird.
In einem Raum können mehrere dieser Systeme vorhanden sein. Es befinden sich keine leistungsstarken Maschinen in der Nähe, Standard-Netzgeräte können im Raum vorhanden sein, und es können Maglocks vorhanden sein, die regelmäßig deaktiviert/aktiviert werden.
Meine Fragen sind also?
Welche Arten von EMI würden Kabel der von mir beschriebenen Längen in einer solchen Umgebung wahrscheinlich aufnehmen?
Ist die Verwendung von internen Adern von geschirmten Kabeln für Energie und Signale und die Abschirmung für 0 V (an beiden Enden angeschlossen) geeignet? Wird dies EMI und die Wahrscheinlichkeit falscher Werte auf Signalleitungen reduzieren?
Welche Schnittstelle sollte ich auf der uC-Seite bereitstellen? zB Kondensatoren zwischen Signal und 0V, starke Klimmzüge, etc.? Soll ich diese verwenden, gibt es noch etwas, das ich verwenden sollte?
Sind Ferritperlen in dieser Situation geeignet, um einige oder alle meine Kabel anzuziehen? Benötige ich sie an beiden Enden, an einem Ende oder gar nicht?
Wenn Ferritperlen erforderlich sind, wie kann ich die geeignete Spezifikation auswählen?
Gibt es andere Störquellen, die mir Probleme bereiten könnten?
Sollte ich Masseebenen auf der Hauptplatine "trennen". Wenn das so ist, wie?
Gibt es weitere allgemeine Ratschläge für bewährte Verfahren zum Entwerfen eines solchen Systems?
Danke.
Wir können kein genaues Design angeben, aber das Prinzip ist folgendes.
Beim EMV-Design ist es entscheidend, die Quellen-/Lastimpedanz und die Spannung oder den Strom sowohl von Signalen als auch von Störungen aus jeder Quelle über das gesamte Spektrum von DC bis HF zu verstehen, um ein hohes S/N-Verhältnis zu gewährleisten. Sie können STP oder Koax mit <100 pf/m est. mit Filtern und bei Bedarf CM-Drosseln verwenden.
Ferritperlen sind wie verlustbehaftete RL, ähnlich in der Tiefpassantwort mit RC (xx pF), erhöhen aber den Ausgang Z(f), während RC Zo(f) senkt.
CM-Drosseln eignen sich besser, wenn ein hoher CMRR (f) benötigt wird.
Beginnen Sie mit dem SNR-Ziel und testen Sie es dann. Wenn dies erreicht ist, ist Ihr Design erfolgreich. Die Erfahrung mit allen oben genannten Parametern bestimmt, wie Zeit bei der Auswahl von Signalintegrität, Belastung und Kompatibilität sowie EMV eingespart werden kann.
Näherungsorientierung und Ausgleich des Aktuatorrauschstromkabels helfen, wenn die Kopplung abgestrahlt wird. Auch die Qualität und Wahl der Erdung ist von Bedeutung. Suchen Sie nach einem beliebigen Schlüsselwort oben, um Details zu erhalten.
Wenn Sie starke Klimmzüge verwenden, muss der Fahrer viel stärker sinken. ~50-75 Ohm für 74 HC bei 5 V, die Spanne wird durch gedämpftes Rauschen UND DC-Verschiebung definiert. Also Kompromisse. zB verwendet SCSI Pull-Up/Down zur Optimierung.
Erwägen Sie für die Logik die Verwendung von Interleaved-GND-Flachbandkabel oder UTP- oder STP- oder CAT-x-Kabeln und RJ-Steckern
Analoge und digitale Erdungen müssen sorgfältig als gemeinsamer Verbindungspunkt in der Nähe der PS-Quelle ausgewählt werden, wo Ströme nicht geteilt werden. Wenn die Quelle ein verrauschtes SMPS ist, kann das CM-Rauschen hoch sein und reduziert werden, indem die CM-Impedanz mit einer CM-Drossel auf > 1 MHz erhöht wird, oder oft am besten mit einem niedrigen Z (f) Erdungspunkt.
Beachten Sie, dass hohe Stromspitzen in dünnen Spuren induktiv und hochohmig sind // Spuren haben eine gegenseitige Kopplung.
Harry Swensson