디지털 회로는 상승/하강 에지가 짧은 펄스 신호를 사용하기 때문에 고주파 성분을 포함하여 원치 않는 전자파(노이즈)를 외부로 방출하고, 외부에서 들어오는 전자파(노이즈)에 민감하게 반응하여 오작동을 일으킵니다. 또한 디지털 기기의 ON/OFF 시 급격한 전류 변화로 인한 전원 전압 변동, 선간 혼변조 왜곡 등 회로에도 문제가 있다. 이와 같이 디지털 회로에서 배선 인덕턴스와 기생 커패시턴스로 구성된 분포정수회로를 고려하여 오버슈트와 언더슈트가 파형 혼돈과 선간 전자기 간섭의 신호반사, 지연, 감쇠 및 혼변조 왜곡을 일으키는 것을 방지할 필요가 있다. 이 문제를 해결하는 필터와 쉴드는 모두 아날로그 기술입니다.
자동차, 기차, 라디오 등의 제어에 디지털 회로 기술을 적용하여 기존의 아날로그 기술로는 달성할 수 없었던 고신뢰성 고신뢰성을 실현하였습니다. 그러나 노이즈는 시스템 및 회로의 오작동을 유발할 수 있으며 특히 기계에 치명적인 문제입니다. 아날로그 회로에 노이즈가 있어도 일시적으로 데이터의 정확도가 떨어질 뿐입니다. 노이즈가 사라지면 자체 복구 기능의 특성을 갖습니다. 따라서 고기능 디지털 회로와 자기복구/자기확인 기능을 갖춘 아날로그 회로를 결합하는 것은 모바일 제어 시스템과 디지털 회로에서 노이즈로 인한 오작동을 방지하는 안전한 솔루션이 될 것입니다. 회로 설계에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 회로 설계 후 작업 검증을 위해 실험을 위한 회로 조립이 필요하다. 그러나 결과적으로 의도한 대로 작동하지 않는 경우가 많습니다. 예를 들어, 설계된 증폭기는 발진기가 되었습니다. 아날로그 회로에서는 디지털 회로의 노이즈가 혼입되어 아날로그 신호의 파형이 왜곡되어 동작이 불안정하고 원활하게 데이터를 얻을 수 없습니다.
저주파 회로의 경우 누가 조립하더라도 배선이 잘못 연결되지 않는 한 각종 설치, 배선 및 회로 특성에 거의 차이가 없으며 동일한 데이터를 얻을 수 있습니다. 하지만 고주파수는 다릅니다. 설치 방법이 다르기 때문에 일반적으로 특성이 다른 데이터를 얻을 수 있습니다. 고주파 회로 및 고속 디지털 회로에서는 선로가 XNUMX개이면 인덕턴스 성분(기생)이 형성되고, 선로가 XNUMX개이면 선로 사이에 기생 용량 성분과 상호 인덕턴스 성분(기생)이 형성되는 이른바 XNUMX개의 기생 성분이 생긴다. 형성된 XNUMX개의 기생값은 매우 작기 때문에 저주파에서는 거의 문제가 되지 않으나 고주파 영역에서는 C, L 성분의 영향을 무시할 수 없다.
기계의 성능을 향상시키기 위해 저주파~고주파 아날로그 회로, 고속 디지털 회로, 마이크로 아날로그 회로, 대전류 회로 등 다양한 회로가 혼용되는 경우가 많아 회로 불안정 및 주파수 특성 저하를 유발합니다. 주된 이유는 위에서 언급한 세 가지 기생충이 설계에 충분히 고려되지 않아 신뢰성과 안전성을 유지할 수 없기 때문입니다. 또한, 회로도는 반도체 소자의 XNUMX차원적 표현과 R, C, L의 집중 매개변수만을 사용하였을 뿐 실제 회로의 성능 및 기능을 나타내지는 않는다. 실제 동작은 XNUMX차원 공간이고 주파수는 XNUMX차원 공간입니다. 따라서 혼변조 왜곡, 반사, 정전기, 전자기의 조합으로 형성된 미세전류 회로는 고주파 회로의 특성과 기능에 영향을 미치게 됩니다. 시대적 요구에 따라 최근 IC는 고주파 노이즈에 민감한 고속 소자가 많다. 따라서 장치를 사용할 때 회로 기능에 따라 해당 부품을 선택하고 필요 이상의 고속 IC를 사용하지 마십시오.
회로도에서 전원 공급 장치, 접지선 및 신호선의 임피던스는 일반적으로 XNUMX옴으로 간주됩니다. 그러나 실제로 제로 옴은 없으며 주파수가 높을수록 인덕턴스와 기생 커패시턴스의 영향이 커집니다. 그 결과 회로의 결합과 외부 전자계의 영향이 무시할 수 없을 정도로 커서 회로 불안정과 주파수 특성 저하를 초래한다. 오류, 노이즈 및 시간 지연 문제는 아날로그 회로에서 해결해야 합니다. 반면 디지털 회로에서는 안티노이즈를 해결하고 동기화를 통해 시간지연의 영향을 받지 않아 회로 특성 개선에 매우 중요하다. 동적 노이즈 "정전기"의 영향에 주의해야 합니다. 우리 주변에는 형광등, 집진기, 무선 송수신기, 변압기, 변환기 등 전기 장비의 오작동을 유발할 수 있는 노이즈 소스가 많이 있습니다. 이들은 모두 전자기장 노이즈의 원인입니다. 또한 오작동의 원인이 되는 노이즈의 원인은 정전기 방전입니다.
정전기 방전 전류와 순간적인 고전압으로 인해 IC가 파괴되어 시스템 또는 장비가 오작동 및 오작동을 일으킬 수 있습니다. 정전기 방전을 방지하기 위해서는 부품 구매부터 장비의 설계, 제작, 포장까지 필요한 조치를 취해야 합니다. 설계 측면에서 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
(1) 요구 사항을 초과하는 고속 IC의 사용을 피하고 특히 입력 회로에 주의하십시오. 가능한 경우 입력 회로는 차동 모드를 채택합니다. 필터 회로는 IC에 가깝게 연결해야 합니다.
(2) 반도체 입력 보호. 커넥터의 입력 부분에는 반도체 내전압 값 이하의 노이즈를 제어하기 위해 리미터 회로가 추가되었습니다. CMOS 게이트는 정전기 방지 노이즈 성능이 약하기 때문에 커넥터의 입력 부분에 사용하기가 쉽지 않습니다. (3) 에지 지연 IC 사용을 피하고 스트로빙 방식이나 래치가 있는 회로를 사용한다.
(4) 오동작 발생률을 억제하기 위해서는 제어단과 출력단에 저유효 로직을 만들어야 한다.
(5) 고감도 신호 입력을 필터링합니다. 주파수 대역 외부의 고주파를 걸러내는데, 이는 연산 증폭기가 너무 큰 신호를 입력하지 않도록 하는 데 매우 중요합니다. 또한 사용된 커패시터의 리드 인덕턴스에 주의하십시오.
(6) 소프트웨어 측면에서도 일부 조치가 취해졌습니다. 정전기 방전은 일시적인 과도 펄스이기 때문에 여러 검증을 통해 잘못된 데이터를 감지할 수 있습니다. 우발적인 정지를 방지하기 위해 마이크로컴퓨터에 감시 회로(모니터링 회로)가 설치되어 있습니다.
(7) 전자 회로 및 배선은 정전기를 방전하는 금속 케이스에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.
(8) 섀시의 금속 및 금속 연결 부분은 페인트를 제거한 상태로 단단히 연결하고 가능한 한 나사로 조여야 합니다.
방전 전류에 의해 생성된 전자기장의 영향을 줄이기 위해 인쇄 회로 기판에 다음과 같은 조치를 취해야 합니다.
(1) 링 영역을 줄입니다. 형성된 링에서 자속의 교차 결합으로 인해 링에서 전류가 유도됩니다. 링의 면적이 클수록 자속의 교차 결합이 많을수록 유도 전류가 커집니다. 따라서 전원선과 접지선이 형성하는 루프 면적을 최소화하기 위해서는 전원선과 접지선을 배선과 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 전원 공급 장치와 접지선 사이에 고주파 바이패스 커패시터를 설치하여 루프 면적을 줄입니다. 신호선과 접지선 사이에 형성되는 루프의 면적을 줄이기 위해 신호선을 접지선에 가깝게 배선하십시오.
(2) 배선은 최대한 짧게 하십시오. 신호선 길이 분포를 고려해야 합니다. 설계시 저유효 신호선은 길게, 고유효 신호선은 최단으로 설계합니다. 기기간의 배선은 최단으로 하고 입력선과 출력선에 연결되는 기기는 단자 부근에 설치한다.
(3) 아날로그 회로 및 고속 디지털 회로에서 볼 수 있는 다층 회로 기판을 사용합니다. 고속 디지털 회로에서 펄스 신호의 주파수 스펙트럼은 매우 광범위한 고차 고조파 성분을 포함합니다. 사용 주파수가 높을수록 기생 커패시턴스와 인덕턴스의 영향이 커집니다. 고주파 전류(I)가 인덕턴스(L)를 갖는 패턴에 흐른다고 가정하면, 인덕턴스(L)에 의해 발생하는 전압 강하는 V=L·di/dt이다. 패턴은 방사된 노이즈를 내보내는 안테나와 같습니다. 접지선을 표면으로 만들면 접지선의 임피던스를 줄이고 방전 전류로 인한 전압 강하를 줄일 수 있습니다.
(4) 인터페이스 케이블은 정전기 방지 조치를 취해야 합니다. 케이블의 차폐선 두 끝은 케이싱에 연결됩니다. 접지 루프가 발생할 수 있는 고주파수 단락을 위해 바이패스 커패시터를 추가하십시오. 쉘 접지가 없을 때 논리적 접지에 연결하면 안됩니다. 플랫 케이블의 경우 신호선과 신호선 사이에 접지선을 추가할 수 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치를 아날로그 신호 전원 공급 장치로 사용할 때 주의해야 할 문제: 소위 스위칭 전원 공급 장치는 펄스 변조를 통해 출력 전압을 안정화시키는 전원 공급 회로의 한 형태입니다. 이 방식은 스위칭부에서만 전력을 소모하기 때문에 스위칭 속도가 빠를수록 전원 효율이 높아진다. 따라서 고속 스위칭 장치가 일반적으로 사용됩니다. 고효율로 인해 고전력 기기에서 소형 경량 기기에 이르기까지 널리 사용되는 전원 공급 장치입니다. 그러나 고속 스위칭에서는 스위칭 노이즈 누설이라는 단점이 있다. 이러한 종류의 아날로그 회로용 전원 공급 장치는 많은 문제를 야기합니다.
아날로그 회로의 전원으로 스위칭 전원을 사용하면 아날로그 신호의 주파수 대역에 고주파 노이즈가 들어가 아날로그 신호의 신호 대 잡음비가 저하됩니다. 스위칭 노이즈는 일반적으로 50-100mVpp에 불과하지만 매우 작은 수치이지만 아날로그 신호의 동적 범위가 크기 때문에 이러한 노이즈는 종종 문제를 일으킵니다. 특히 A/D 컨버터와 같은 장비에 사용되는 경우 변환 레벨을 결정할 때 신호에 노이즈가 중첩되면 변환 오류가 발생하여 예상 정확도를 얻을 수 없습니다. 아날로그 회로에서 스위칭 전원 공급 장치를 사용하는 문제를 해결하기 위해 스위칭 전원 공급 장치를 선택할 때 다음 두 가지 측면에 주의를 기울일 수 있습니다. (1) 스위칭 전원 공급 장치의 노이즈 레벨은 가능한 한 작습니다. (2) 스위칭 노이즈 성분은 신호 주파수 대역에 들어가지 않습니다. 아날로그 신호의 높은 수준으로 인해 스위칭 잡음은 신호 대 잡음비에 영향을 미치지 않습니다. 스위칭 노이즈가 신호 주파수 대역에 들어가는 것을 방지하기 위해 가장 간단한 방법은 아날로그 신호의 최고 주파수 대역보다 스위칭 주파수가 높은 전원 공급 장치를 선택하는 것입니다.
위의 방법을 선택할 수 없는 경우 전원 공급 장치에서 발생하는 스위칭 노이즈를 줄이는 방법을 찾아야 합니다. 이러한 방법에는 다음이 포함됩니다. (1) 외부에서 커패시터를 추가합니다. (2) 외부 전원에서 발생하는 스위칭 노이즈. (3) 직렬 조정기의 조합 사용. 전원 공급 장치의 변압기는 XNUMX개의 권선을 사용하며 권선 사이의 노이즈를 제거할 수 있습니다. 이러한 형태의 전원장치는 전송선로를 통해 전원을 공급하는 통신기기에 사용할 수 있는 고효율 전원장치이다. 통신 기계의 수신 부분은 매우 낮은 인덕턴스 신호를 사용하는 아날로그 회로입니다. 이 저잡음 스위칭 전원 공급 장치를 사용하면 효율과 잡음 문제를 동시에 해결할 수 있습니다.
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