בתכנון של מערכת אלקטרונית, על מנת להימנע מעקיפות ולחסוך זמן, יש לשקול באופן מלא דרישות נגד הפרעות, כדי להימנע מאמצעי תיקון נגד הפרעות לאחר השלמת התכנון. ישנם שלושה אלמנטים בסיסיים ליצירת הפרעה:
(1) מקור הפרעות מתייחס לרכיב, לציוד או לאות שיוצר הפרעה. זה מתואר בשפה מתמטית באופן הבא: du/dt, שבו di/dt גדול, הוא מקור ההפרעה. לדוגמה, ברק, ממסר, מיישר מבוקר סיליקון, מנוע, שעון בתדר גבוה וכו' עלולים להפוך למקורות הפרעה.
(2) נתיב התפשטות מתייחס לנתיב או המדיום שדרכו מתפשטת ההפרעה ממקור ההפרעה למכשיר הרגיש. נתיב התפשטות ההפרעות האופייני מועבר דרך חוטים ומוקרן מהחלל.
(3) מכשירים רגישים מתייחסים לחפצים שקל להתערב בהם. כגון: ממיר A/D, D/A, מיקרו-בקר, IC דיגיטלי, מגבר אות חלש וכו'. העיקרון הבסיסי של תכנון נגד הפרעות הוא לרסן את מקור ההפרעות, לנתק את נתיב התפשטות ההפרעות ולשפר את האנטי-הפרעות הביצועים של המכשיר הרגיש.
1 דיכוי מקורות הפרעה
דיכוי מקורות הפרעה הוא להפחית את du/dt, di/dt של מקורות הפרעה ככל האפשר. זהו העיקרון העדיפות והחשוב ביותר בתכנון נגד הפרעות, שלעתים קרובות יכול להגיע לתוצאה כפולה במחצית המאמץ. ה-du/dt של מקור ההפרעה מופחת בעיקר על ידי קבלים מקבילים בשני הקצוות של מקור ההפרעה. ה-di/dt של מקור ההפרעה מופחת על ידי הוספת השראות או התנגדות בסדרה ודיודת גלגלים חופשיים במעגל מקור ההפרעה.
אמצעים נפוצים לדיכוי מקורות הפרעה הם כדלקמן:
(1) סליל הממסר מתווסף עם דיודה גלגלית חופשית כדי לחסל את הפרעות EMF האחוריות שנוצרות כאשר הסליל מנותק. רק הוספת דיודה חופשית תעכב את זמן הניתוק של הממסר, והממסר יכול לפעול יותר פעמים ביחידת זמן לאחר הוספת דיודה מייצבת מתח.
(2) חבר את מעגל דיכוי הניצוץ בשני הקצוות של מגע הממסר במקביל (בדרך כלל מעגל מסדרת RC, עם התנגדות של K עד עשרות K וקיבול של 0.01uF) כדי להפחית את ההשפעה של חשמל לְעוֹרֵר.
(3) הוסף מעגל סינון למנוע, ושם לב שהקבלים והמשרן צריכים להיות קצרים ככל האפשר.
(4) כל IC בלוח המעגל יחובר ל-0.01 במקביל μ F-0.1 μ F קבל בתדר גבוה כדי להפחית את השפעת ה-IC על אספקת החשמל. שימו לב לחיווט של קבלים בתדר גבוה. החיווט צריך להיות קרוב למסוף החשמל וקצר ככל האפשר. אחרת, התנגדות הסדרה המקבילה של הקבל תגדל, מה שישפיע על אפקט הסינון.
(5) הימנע מפוליליין של 90 מעלות במהלך החיווט כדי להפחית את פליטת הרעש בתדר גבוה.
(6) מעגל הדיכוי RC מחובר בשני קצוות התיריסטור במקביל כדי להפחית את הרעש שנוצר על ידי התיריסטור (כאשר הרעש רציני, התיריסטור עלול להתקלקל).
על פי נתיב ההתפשטות של הפרעות, ניתן לחלק אותה להפרעות מוליכות ולהפרעות מוקרנות.
מה שנקרא הפרעה מוליכה מתייחסת להפרעות המועברות למכשיר הרגיש דרך החוט. פס התדרים של רעש הפרעות בתדר גבוה שונה מזה של אות שימושי. ניתן לנתק את השידור של רעשי הפרעות בתדר גבוה על ידי הוספת מסנן על החוט. לפעמים, ניתן להוסיף מצמדים אופטו-בידודים כדי לפתור בעיה זו. רעש אספקת החשמל הוא המזיק ביותר, ולכן יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לטיפול. מה שנקרא הפרעת קרינה מתייחסת להפרעות המועברות למכשירים רגישים באמצעות קרינת החלל. הפתרון הכללי הוא להגדיל את המרחק בין מקור ההפרעה למכשיר הרגיש, לבודד אותם באמצעות חוט הארקה ולהוסיף מגן על המכשיר הרגיש.
2 אמצעים נפוצים לניתוק נתיב התפשטות הפרעות הם כדלקמן:
(1) שקול היטב את השפעת אספקת החשמל על MCU. אם אספקת הכוח עשויה היטב, האנטי-הפרעות של המעגל כולו ייפתר יותר מחצי. מיקרו מחשבים רבים עם שבב בודד רגישים מאוד לרעש של ספק כוח. כדי להפחית את ההפרעות של רעשי אספקת החשמל בשבב בודד, יש להוסיף מעגלי סינון או ווסתי מתח לאספקת החשמל של מחשבי מיקרו שבב בודד. לדוגמה, חרוזים וקבלים מגנטיים יכולים לשמש ליצירת מעגל סינון בצורת π. כמובן, נגדים של 100 Ω יכולים לשמש גם כדי להחליף חרוזים מגנטיים כאשר התנאים אינם תובעניים.
(2) אם יציאת ה-I/O של מחשב המיקרו-שבב היחיד משמשת לשליטה בהתקני רעש כגון מנועים, יתווסף בידוד בין יציאת ה-I/O למקור הרעש (יתווסף מעגל סינון π). כדי לשלוט בהתקני רעש כגון מנוע, יתווסף בידוד בין יציאת ה-I/O ומקור הרעש (יתווסף מעגל סינון π).
(3) שימו לב לחיווט מתנד קריסטל. מתנד הקריסטל יהיה קרוב ככל האפשר לפין של המיקרו-בקר, ואזור השעון יהיה מבודד על ידי חוט ההארקה. מעטפת מתנד הגביש תהיה מוארקת ומקובעת. אמצעי זה יכול לפתור בעיות רבות וקשות.
(4) המעגל יהיה מחולק באופן סביר, כגון אותות חזקים וחלשים, אותות דיגיטליים ואנלוגיים. נסו להרחיק את מקורות ההפרעה (כגון מנועים וממסרים) מהאלמנטים הרגישים (כגון SCM).
(5) האזור הדיגיטלי יבודד מהאזור האנלוגי באמצעות חוט הארקה. ההארקה הדיגיטלית תופרד מההארקה האנלוגית, ולבסוף תחובר להארקה של ספק הכוח בנקודה אחת. גם החיווט של שבבי A/D ו-D/A מבוסס על עיקרון זה. היצרן שקל דרישה זו בעת הקצאת סידור הפינים של שבבי A/D ו-D/A.
(6) חוט ההארקה של מיקרו-מחשב עם שבב בודד והתקן בעל הספק גבוה יהיה מוארק בנפרד כדי להפחית הפרעות הדדיות. התקני הספק גבוה יוצבו על קצה המעגל ככל שניתן.
(7) רכיבים נגד הפרעות כגון חרוזים מגנטיים, טבעות מגנטיות, מסנני מתח וכיסויי מיגון משמשים ביציאות ה-I/O, קווי החשמל, קווי חיבור המעגלים ואזורי מפתח אחרים של המיקרו-בקר, אשר יכולים לשפר משמעותית את האנטי- ביצועי הפרעות של המעגל.
3. שפר את הביצועים נגד הפרעות של מכשירים רגישים
שיפור הביצועים נגד הפרעות של מכשירים רגישים מתייחס לשיטה של מזעור קליטת רעשי הפרעות והתאוששות ממצב לא תקין בהקדם האפשרי מהמכשירים הרגישים.
אמצעים נפוצים לשיפור הביצועים נגד הפרעות של מכשירים רגישים הם כדלקמן:
(1) במהלך החיווט, שטח הלולאה ימוזער כדי להפחית את הרעש המושרה.
(2) בעת חיווט, קו החשמל וחוט ההארקה צריכים להיות עבים ככל האפשר. בנוסף להפחתת ירידת המתח, חשוב יותר להפחית את רעשי הצימוד.
(3) עבור יציאת ה-I/O הסרק של המיקרו-בקר, אל תתלה באוויר, אלא קרקע או חבר לאספקת החשמל. המסופים הבלתי פעילים של ICs אחרים מוארקים או מחוברים לאספקת החשמל מבלי לשנות את הלוגיקה של המערכת.
(4) השימוש במעגלי ניטור ספק כוח ושמירה עבור SCM, כגון IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045, יכול לשפר מאוד את הביצועים נגד הפרעות של המעגל כולו.
(5) בהנחה שהמהירות יכולה לעמוד בדרישות, מתנד הגבישים של המיקרו-מחשב השבב הבודד יופחת ככל האפשר ויבחר המעגל הדיגיטלי במהירות נמוכה.
(6) התקני IC יהיו מרותכים ישירות ללוח המעגלים ככל האפשר, וייעשה פחות שימוש בשקעי IC.
על מנת להשיג אנטי-הפרעות טוב, לעתים קרובות אנו רואים את מצב החיווט של חלוקת הקרקע על PCB. עם זאת, לא כל המעגלים הדיגיטליים והאנלוגיים חייבים להיות מפולחים במישור הארקה. מכיוון שהפילוח הזה נועד להפחית הפרעות רעש.
