ในการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อหลีกเลี่ยงการออกนอกเส้นทางและประหยัดเวลา ต้องมีการพิจารณาและปฏิบัติตามข้อกำหนดการป้องกันการรบกวนอย่างเต็มที่เพื่อหลีกเลี่ยงมาตรการแก้ไขสำหรับการป้องกันการรบกวนหลังจากการออกแบบเสร็จสิ้น มีสามองค์ประกอบพื้นฐานในการสร้างสัญญาณรบกวน:
(1) แหล่งสัญญาณรบกวน หมายถึง ส่วนประกอบ อุปกรณ์ หรือสัญญาณที่สร้างสัญญาณรบกวน มีการอธิบายเป็นภาษาคณิตศาสตร์ดังนี้ du/dt โดยที่ di/dt มีขนาดใหญ่ เป็นแหล่งสัญญาณรบกวน ตัวอย่างเช่น ฟ้าผ่า รีเลย์ วงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิคอน มอเตอร์ นาฬิกาความถี่สูง ฯลฯ อาจกลายเป็นแหล่งสัญญาณรบกวน
(2) เส้นทางการแพร่กระจายหมายถึงเส้นทางหรือตัวกลางที่สัญญาณรบกวนแพร่กระจายจากแหล่งสัญญาณรบกวนไปยังอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน เส้นทางการแพร่กระจายของสัญญาณรบกวนโดยทั่วไปดำเนินการผ่านสายไฟและแผ่ออกจากอวกาศ
(3) อุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนหมายถึงวัตถุที่ง่ายต่อการถูกรบกวน เช่น: A/D, ตัวแปลง D/A, ไมโครคอนโทรลเลอร์, IC ดิจิตอล, เครื่องขยายสัญญาณอ่อน ฯลฯ หลักการพื้นฐานของการออกแบบป้องกันการรบกวนคือการยับยั้งแหล่งสัญญาณรบกวน ตัดเส้นทางการแพร่กระจายสัญญาณรบกวน และปรับปรุงการป้องกันสัญญาณรบกวน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน
1 ยับยั้งแหล่งสัญญาณรบกวน
การยับยั้งแหล่งสัญญาณรบกวนคือการลด du/dt, di/dt ของแหล่งสัญญาณรบกวนให้มากที่สุด นี่เป็นหลักการที่สำคัญที่สุดและสำคัญที่สุดในการออกแบบป้องกันการรบกวน ซึ่งมักจะได้ผลลัพธ์เป็นสองเท่าโดยใช้ความพยายามเพียงครึ่งเดียว du/dt ของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนส่วนใหญ่ลดลงโดยการต่อตัวเก็บประจุแบบขนานที่ปลายทั้งสองของแหล่งสัญญาณรบกวน di/dt ของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนจะลดลงโดยการเพิ่มตัวเหนี่ยวนำหรือความต้านทานเป็นอนุกรมและไดโอดอิสระในวงจรแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน
มาตรการทั่วไปในการยับยั้งแหล่งสัญญาณรบกวนมีดังนี้:
(1) ขดลวดรีเลย์ถูกเพิ่มด้วยไดโอดอิสระเพื่อกำจัดการรบกวน EMF ด้านหลังที่เกิดขึ้นเมื่อขดลวดถูกปลด การเพิ่มไดโอดอิสระเท่านั้นที่จะชะลอเวลาการตัดการเชื่อมต่อของรีเลย์ และรีเลย์สามารถทำงานได้มากขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลาหลังจากเพิ่มไดโอดรักษาแรงดันไฟฟ้า
(2) ต่อวงจรป้องกันประกายไฟที่ปลายทั้งสองด้านของหน้าสัมผัสรีเลย์แบบขนาน (โดยทั่วไปคือวงจรซีรีย์ RC ที่มีความต้านทาน K ถึง tens of K และความจุ 0.01uF) เพื่อลดผลกระทบของไฟฟ้า จุดประกาย
(3) เพิ่มวงจรตัวกรองเข้ากับมอเตอร์ และให้ความสนใจกับตัวเก็บประจุและตัวนำไฟฟ้าเหนี่ยวนำควรสั้นที่สุด
(4) IC แต่ละตัวบนแผงวงจรต้องต่อ 0.01 แบบขนาน μ F-0.1 μ F ตัวเก็บประจุความถี่สูง เพื่อลดอิทธิพลของ IC ต่อแหล่งจ่ายไฟ ให้ความสนใจกับการเดินสายของตัวเก็บประจุความถี่สูง สายไฟควรอยู่ใกล้ขั้วไฟฟ้าและสั้นที่สุด มิฉะนั้น ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่าของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลต่อผลการกรอง
(5) หลีกเลี่ยงแนว 90 องศาระหว่างการเดินสายเพื่อลดการปล่อยสัญญาณรบกวนความถี่สูง
(6) วงจรปราบปราม RC เชื่อมต่อที่ปลายทั้งสองของไทริสเตอร์แบบขนานเพื่อลดเสียงรบกวนที่เกิดจากไทริสเตอร์ (เมื่อเกิดเสียงดังมาก ไทริสเตอร์อาจพัง)
ตามเส้นทางการแพร่กระจายของการรบกวน มันสามารถแบ่งออกเป็นการรบกวนที่ดำเนินการและการรบกวนที่แผ่
สิ่งที่เรียกว่าสัญญาณรบกวนที่ดำเนินการหมายถึงสัญญาณรบกวนที่ส่งไปยังอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนผ่านสาย แถบความถี่ของสัญญาณรบกวนความถี่สูงนั้นแตกต่างจากสัญญาณที่มีประโยชน์ การส่งสัญญาณรบกวนความถี่สูงสามารถตัดออกได้โดยการเพิ่มตัวกรองบนสายไฟ ในบางครั้ง สามารถเพิ่มออปโตคัปเปลอร์แบบแยกเพื่อแก้ปัญหานี้ได้ เสียงของแหล่งจ่ายไฟเป็นสิ่งที่อันตรายที่สุด ดังนั้นควรให้ความสนใจเป็นพิเศษในการจัดการ การรบกวนจากรังสีที่เรียกว่าหมายถึงการรบกวนที่ส่งไปยังอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนผ่านการแผ่รังสีในอวกาศ วิธีแก้ไขทั่วไปคือเพิ่มระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนและอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน แยกอุปกรณ์เหล่านั้นด้วยสายดิน และเพิ่มเกราะป้องกันบนอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน
2 มาตรการทั่วไปในการตัดเส้นทางการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนมีดังนี้:
(1) พิจารณาอิทธิพลของแหล่งจ่ายไฟบน MCU อย่างครบถ้วน ถ้าจ่ายไฟได้ดี แก้สัญญาณรบกวนทั้งวงจรไปเกินครึ่ง ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวจำนวนมากมีความไวต่อสัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟมาก เพื่อลดการรบกวนของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟบนชิปตัวเดียว ควรเพิ่มวงจรกรองหรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเข้ากับแหล่งจ่ายไฟของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เม็ดแม่เหล็กและตัวเก็บประจุเพื่อสร้างวงจรกรองรูป π แน่นอนว่าสามารถใช้ตัวต้านทาน 100 Ω เพื่อแทนที่เม็ดแม่เหล็กเมื่อไม่ต้องการเงื่อนไข
(2) หากใช้พอร์ต I/O ของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวเพื่อควบคุมอุปกรณ์เสียงรบกวน เช่น มอเตอร์ จะต้องเพิ่มการแยกระหว่างพอร์ต I/O และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน (เพิ่มวงจรกรอง π) ในการควบคุมอุปกรณ์เสียงรบกวน เช่น มอเตอร์ จะต้องเพิ่มการแยกระหว่างพอร์ต I/O และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน (ต้องเพิ่มวงจรกรอง π)
(3) ให้ความสนใจกับการเดินสายคริสตัลออสซิลเลเตอร์ คริสตัลออสซิลเลเตอร์จะต้องอยู่ใกล้พินของไมโครคอนโทรลเลอร์มากที่สุด และบริเวณนาฬิกาจะต้องถูกแยกออกด้วยสายดิน เปลือกคริสตัลออสซิลเลเตอร์จะต้องต่อสายดินและยึดไว้ มาตรการนี้สามารถแก้ปัญหาที่ยากลำบากมากมาย
(4) แผงวงจรจะต้องมีการแบ่งส่วนอย่างเหมาะสม เช่น สัญญาณแรงและสัญญาณอ่อน สัญญาณดิจิตอลและอนาล็อก พยายามให้แหล่งสัญญาณรบกวน (เช่น มอเตอร์และรีเลย์) อยู่ห่างจากองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน (เช่น SCM)
(5) พื้นที่ดิจิตอลต้องแยกออกจากพื้นที่อนาล็อกด้วยสายดิน ต้องแยกกราวด์ดิจิทัลออกจากกราวด์อะนาล็อก และต่อเข้ากับกราวด์แหล่งจ่ายไฟที่จุดใดจุดหนึ่ง การเดินสายของชิป A/D และ D/A ก็ใช้หลักการนี้เช่นกัน ผู้ผลิตได้คำนึงถึงข้อกำหนดนี้เมื่อจัดสรรการจัดเรียงพินของชิป A/D และ D/A
(6) สายดินของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวและอุปกรณ์กำลังสูงจะต้องต่อลงดินแยกกันเพื่อลดการรบกวนระหว่างกัน อุปกรณ์กำลังสูงจะต้องวางบนขอบแผงวงจรเท่าที่เป็นไปได้
(7) ส่วนประกอบป้องกันการรบกวน เช่น เม็ดแม่เหล็ก วงแหวนแม่เหล็ก ตัวกรองพลังงาน และฝาครอบป้องกันถูกใช้ในพอร์ต I/O สายไฟ สายเชื่อมต่อแผงวงจร และพื้นที่สำคัญอื่นๆ ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งสามารถปรับปรุงการป้องกันสัญญาณรบกวนได้อย่างมาก ประสิทธิภาพการรบกวนของวงจร
3. ปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการรบกวนของอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน
การปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนหมายถึงวิธีการลดการรับเสียงสัญญาณรบกวนให้น้อยที่สุดและการกู้คืนจากสถานะผิดปกติโดยเร็วที่สุดจากอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน
มาตรการทั่วไปในการปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการรบกวนของอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนมีดังนี้:
(1) ระหว่างการเดินสาย พื้นที่ของลูปจะต้องย่อให้เล็กสุดเพื่อลดสัญญาณรบกวน
(2) ขณะเดินสายไฟ สายไฟและสายดินควรมีความหนามากที่สุด นอกจากการลดแรงดันไฟตกแล้ว การลดสัญญาณรบกวนของคัปปลิ้งยังมีความสำคัญมากกว่าอีกด้วย
(3) สำหรับพอร์ต I/O ที่ไม่ได้ใช้งานของไมโครคอนโทรลเลอร์ อย่าแขวนในอากาศ แต่ให้ต่อสายดินหรือเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ขั้วที่ไม่ได้ใช้งานของ IC อื่นมีการต่อสายดินหรือเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟโดยไม่เปลี่ยนตรรกะของระบบ
(4) การใช้วงจรตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟและวงจรเฝ้าระวังสำหรับ SCM เช่น IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการรบกวนของวงจรทั้งหมดได้อย่างมาก
(5) ในสมมติฐานที่ว่าความเร็วสามารถตอบสนองความต้องการได้ จะต้องลดออสซิลเลเตอร์คริสตัลของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และจะต้องเลือกวงจรดิจิตอลความเร็วต่ำ
(6) อุปกรณ์ IC จะต้องเชื่อมโดยตรงกับแผงวงจรให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และควรใช้ซ็อกเก็ต IC ให้น้อยลง
เพื่อให้ได้การป้องกันสัญญาณรบกวนที่ดี เรามักจะเห็นโหมดการเดินสายของการแบ่งสายดินบน PCB อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่วงจรดิจิตอลและอนาล็อกทั้งหมดที่ต้องแบ่งระนาบกราวด์ เพราะการแบ่งส่วนนี้เป็นการลดสัญญาณรบกวน
