伺服控制系統的EMC設計

目前電氣伺服控制系統中的主控制器主要是單片機芯片，檢測裝置是各種傳感器，信號轉換電路主要實現a/d轉換功能，執行機構通常使用各種力矩電機。其控制原理示意圖可以簡單的用圖1的方塊圖來表示[1]。伺服技術已經發展為高精確度定位控制[2][3]，對控制精度的要求越來越高，同時隨著芯片集成技術的提高，電氣系統小型化也成為主流趨勢。

在小型化的需求下，通常將整個控制電路集成在一塊電路板上，電路板密度較高。如果設計不當，電路板會產生很大的噪聲，影響到伺服控制精度，嚴重的甚至不能實現控制目的。在電氣伺服控制系統中，控制電路板的噪聲也成為影響控制精度的一個重要因素。因此設計好電路板的電磁兼容性，減小電路中的噪聲也成了電路設計時必須考慮的問題。本文從模數電路的連接、地和電源的處理、以及驅動電路設計等幾個方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設計的方法，并通過實驗驗證了文種方法的有效性。

伺服控制電路板的電磁兼容設計

在伺服控制電路中，傳感器檢測到的信號是模擬信號，主控制器和執行機構接收的則都是數字信號，電路分為模擬和數字兩部分。如果設計不當，模擬電路和數字電路之間，模擬電路自身以及數字電路自身都會出現噪聲串擾的情況，會影響到控制精度。如何設計電路中的電磁兼容性，減小電路中的噪聲是提高控制精度的一個重要環節。下面從幾個方面討論伺服控制電路電磁兼容性設計的一些方法，以減小電路中的噪聲，避免噪聲串擾的情況。

模擬電路和數字電路之間的連接

由于信號的性質，數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度較強。在模擬電路中，由于傳感器檢測到的通常為小信號，需要經過放大器放大，極小的噪聲電壓都會引起輸出信號的嚴重失真。在數字電路中，ttl噪聲容限為0.4v～0.6v，cmos噪聲容限為vcc的0.3～0.45，因此數字電路具有較強的抗干擾能力。數、模之間的大多數干擾是通過電源和地總線產生的，其中地線產生的噪聲干擾最大。

對于信號線來說，高頻的信號線應該盡可能的遠離敏感的模擬電路器件。對于電源線，數字電源和模擬電源盡可能分開提供。對于地線來說，整個pcb板對外界只有一個結點，所以必須在pcb板內部處理數、模共地的問題。在pcb板內部，為了避免數字地上的噪聲對模擬地產生干擾，通常將數字地和模擬地分開，它們之間互不相連，只在pcb與外界連接的接口處有一點短接[4]。為了避免數字地上的高頻噪聲傳送到模擬地上，短接通過磁珠連接。磁珠可以將通過其的高頻噪聲吸收并且轉化成熱能散發，有效的避免了將高頻噪聲反射回去或者傳輸過去[5][6]。實驗證明，選用通頻帶和阻抗合適的磁珠和直接單點連接相比，模擬地上的噪聲減小了很大一部分。