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想濾除單片機供電電源中的紋波干擾,首先要搞清楚這個紋波來自於哪裡?若是單片機所用的供電電源穩定性差,電源中含有大量的交流紋波,此時可以將單片機的供電電源經AMS1117這類低壓差穩壓IC穩壓後再給單片機供電。
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從原理出發,一步一步來分析供電電源有干擾紋波的問題。
單片機的供電電源來自哪裡?如果是從自己設計的由220V交流經變壓器、穩壓電路得來的電源,那麼此時供電電源有紋波,說明供電電源電路本身可能存在問題。先把供電電源單獨用示波器觀察,觀察紋波的大小。如果紋波符合你的要求,說明供電電源電路不是紋波的主要來源。所以,供電電源不是產生干擾紋波的主要因素,主要因素肯定來自其他電路部分。
首先,形成干擾的基本三要素:
1、干擾源:干擾的來源,產生干擾的元件、設備或者信號。主要是繼電器、電動機、變壓器、高頻時鐘等。
2、傳播路徑:干擾源到受干擾對象之間的路徑。傳播路徑一般是導線和空間上的磁場輻射。
3、易受干擾的對象:被幹擾源干擾的對象。主要是單片機、儀表放大器、高精度的AD/DA轉換器等。
如果單片機是自己設計並打樣出來的PCB板,那麼供電電源出現紋波的因素就有多種。在設計單片機原理電路時,應該儘量減少電路迴環,電源線要儘量粗,去除尖端銅皮。產生電源紋波最主要的原因就是在單片機的VCC管腳,沒有加去耦電容。什麼是去耦電容?
上圖所示的電容C6、C5就是去耦電容!去耦電容是單片機和其他芯片供電電源部分必不可少的一部分。去耦電容的作用主要是穩定供電電源、減小干擾、濾除雜波。去耦電容的原理和取值相關問題可以在我頭條主頁的文章中找到。
產生紋波的其他原因及其解決方法:單片機與繼電器、電動機、變壓器、高頻時鐘等相隔太近。這些器件對單片機的供電電源部分產生了電磁輻射。解決方法:在單片機和這些器件之間加隔離電路,如加磁珠、濾波電路等。
電路解析式
單片機電源均為直流電源,且常見MCU供電電壓為5V、3.3V、1.8V等。所以此問題可以看作是低壓直流電源的紋波如何濾除的問題。
首先我們要先明確一個問題:電壓紋波從哪裡來?
直流電壓很多時候由交流電壓經整流、濾波、穩壓後得到。由於濾波不乾淨,直流電壓中仍然會含有少許交流成分,這就產生了紋波。以各類電池作為電源時也會因負載的波動而產生紋波。即使使用最好的基準電壓源器件,輸出電壓也難免會有紋波。
而在硬件設計過程中,為了滿足產品需要,在單板上往往會有多種電壓,也需要使用各種類型的電源芯片來實現預定的電源拓撲,如DC-DC,傳統線性穩壓器,低壓差線性穩壓器(LDO)等等,其中DC-DC包括Buck、Boost、Buck-Boost三種類型。按照常見程度,這裡我介紹一下開關電源(Buck電路)及線性穩壓器(LDO)的紋波濾波處理方法。
一、對於Buck電路,可以採取如下措施進行濾除:
1、在輸出端加輸出電容濾波
一般以低頻噪聲取大電容,高頻噪聲取小電容為原則。詳細方法在下方LDO濾波中有介紹,DC-DC與此同理,但一般需要鋁電解電容等大容量電容進行濾波。
2,並聯一個肖特基二極管濾除開關紋波
無論是同步整流型還是非同步整流型Buck,在mos管開關過程中,都會產生開關尖峰,此處的尖峰可以看作是高頻紋波,一般情況下,在同步型Buck的mosfet下管處並聯一個肖特基二極管可以有效減小開關尖峰,具體原理與buck電路的體二極管及死區時間有關,此處不再展開分析。
3,對減小紋波。開關電源的PCB 佈線也非常關鍵,以TI公司的LM2596為例,在其Datasheet中可以找到其佈局示例如下圖所示,良好的電源層分割及銅皮鋪設是減小紋波的有效方法。
二、對LDO來說,主要靠放置濾波電容來抑制紋波
這裡首先要了解電容濾波的機制——為噪聲提供一條低阻抗迴路。對於電容而言,其等效模型並非完全的電容,而是由電容,ESL,ESR來組成。由於電容分量的存在,其阻抗隨頻率升高而降低;ESL分量則使得阻抗隨頻率升高而增加。從整體上看,有下圖所示的規律:
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單片機供電電源出現干擾紋波,消除的方法如下:
1、在交流電源端加裝交流電源濾波器。
2、直流電源加設LC濾波電路。
3、在直流電源輸出端加大濾波電容,消除電路的自激干擾。
4、用金屬屏蔽層封裝電源單元電路並可靠的接地。
海匯
beed+電容,可以下載村田的電容磁珠模型,仿真一下用多大的合適
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並聯濾波電容