目前電氣伺服控制系統(tǒng)中的主控制器主要是單片機(jī)芯片，檢測裝置是各種傳感器，信號轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常使用各種力矩電機(jī)。其控制原理示意圖可以簡單的用圖1的方塊圖來表示。伺服技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為高精確度定位控制，對控制精度的要求越來越高，同時隨著芯片集成技術(shù)的提高，電氣系統(tǒng)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(shè)計(jì)不當(dāng)，電路板會產(chǎn)生很大的噪聲，影響到伺服控制精度，嚴(yán)重的甚至不能實(shí)現(xiàn)控制目的。在電氣伺服控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)好電路板的電磁兼容性，減小電路中的噪聲也成了電路設(shè)計(jì)時必須考慮的問題。本文從模數(shù)電路的連接、地和電源的處理、以及驅(qū)動電路設(shè)計(jì)等幾個方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設(shè)計(jì)的方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了文種方法的有效性。
伺服控制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)
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(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的則都是數(shù)字信號，電路分為模擬和數(shù)字兩部分。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，模擬電路和數(shù)字電路之間，模擬電路自身以及數(shù)字電路自身都會出現(xiàn)噪聲串?dāng)_的情況，會影響到控制精度。如何設(shè)計(jì)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(huán)節(jié)。下面從幾個方面討論伺服控制電路電磁兼容性設(shè)計(jì)的一些方法，以減小電路中的噪聲，避免噪聲串?dāng)_的情況。
模擬電路和數(shù)字電路之間的連接
由于信號的性質(zhì)，數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度較強(qiáng)。在模擬電路中，由于傳感器檢測到的通常為小信號，需要經(jīng)過放大器放大，極小的噪聲電壓都會引起輸出信號的嚴(yán)重失真。在數(shù)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(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力。數(shù)、模之間的大多數(shù)干擾是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線產(chǎn)生的噪聲干擾最大。
對于信號線來說，高頻的信號線應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。對于電源線，數(shù)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(jié)點(diǎn)，所以必須在pcb板內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問題。在pcb板內(nèi)部，為了避免數(shù)字地上的噪聲對模擬地產(chǎn)生干擾，通常將數(shù)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(diǎn)短接。為了避免數(shù)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(zhuǎn)化成熱能散發(fā)，有效的避免了將高頻噪聲反射回去或者傳輸過去。實(shí)驗(yàn)證明，選用通頻帶和阻抗合適的磁珠和直接單點(diǎn)連接相比，模擬地上的噪聲減小了很大一部分。
電源噪聲和地噪聲的處理
如果情況允許，pcb板盡量使用多層板，用地平面代替地線，電源平面代替電源線，電源平面和地平面要盡量相鄰，減少環(huán)路面積。在必須使用電源線和地線的時候，要盡量加寬電源線和地線。
伺服控制電路中通常使用穩(wěn)壓模塊或者電源模塊來提供直流電源。為了減小直流電源中的交流噪聲對電子元器件產(chǎn)生干擾，在電子元器件電源的輸入端和地之間接旁路電容濾波。為了保證濾波效果，通常使用兩個容值相差100倍的電容并聯(lián)作為旁路電容。這是為了避免在高速電路中，由于引線產(chǎn)生電感，與電容發(fā)生諧振，造成旁路電容失效的情況。一般電路中常使用10u和0.1u的電容作為旁路電容。旁路電容要盡可能的接近元器件的電源輸入端，越接近電源輸入端濾波效果越好。
a/d轉(zhuǎn)換器使用時的布線技巧
a/d轉(zhuǎn)換器中同時包括了數(shù)字部分和模擬部分，采樣/保持、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的大部分都是模擬的，電路的其余部分是數(shù)字的，因此，轉(zhuǎn)換器所需的大部分電流都用于內(nèi)部模擬電路，數(shù)字電路只需要很少的電流。轉(zhuǎn)換器可能有多個電源和地引腳。因?yàn)橐_標(biāo)號分為數(shù)字和模擬兩種，所以引腳名經(jīng)常會引起誤解。其實(shí)這些標(biāo)號并非刻意描述轉(zhuǎn)換器到pcb的連接，而是確定了數(shù)字和模擬電流如何流出芯片。因此為了避免數(shù)字電路噪聲對模擬部分的干擾，通常在模擬平面上連接a/d轉(zhuǎn)換器的所有電源和地引腳。
通常從a/d轉(zhuǎn)換器引出兩種地引腳：agnd和dgnd。當(dāng)對a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行布線時，agnd和dgnd都應(yīng)該連接到低噪聲的模擬地平面上。模擬和數(shù)字電源也應(yīng)該連接到模擬電源平面或者至少連接到模擬電源線，在每個電源引腳接適當(dāng)?shù)呐月冯娙荩叶弑M可能地靠近。與輸入信號有關(guān)的com引腳或in引腳應(yīng)該盡量靠近信號地連接。
