Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В результате, при нормальных условиях проскакивали искры длиной до 0.635 см (1/4 дюйма) от пластиковой ленты. Это привело к серьезным сбоям в электронике, например к случайным сбросам микропроцессора. Если вам предстоит использовать в установке вращающиеся барабаны, ленты, шкивы, удостоверьтесь в правильности выбора материалов данных компонентов, чтобы исключить электростатические помехи. 8.2.2. Защита от электростатического разряда На Рис. 8.8 показано, как можно использовать диоды для зашиты от электростатических разрядов.
На Рис. 8.8а показано, как защитить входную линию при помощи двух диодов. Диод О! защищает цепь от возрастания напряжения выше, чем прямое падение напряжения на диоде плюс напряжение питания. Диод О2 защищает цепь от падения напряжения ниже потенциала земли плюс прямое падение напряжения на диоде. Следует учитывать, что в схему могут быль установлены медленно действующие диоды, и по этой причине невозможно предотвратить быстрые изменения напряжения, вызванные электромагнитным импульсом разряда.
На Рис. 8.86 показано, как последовательно включенный в линию резистор улучшает параметры зашиты цепи. За счет емкости диодов и сопротивления В! во входной цепи, образованная ВС-цепь снижает скорость нарастания импульса. В цепях, где нельзя использовать последовательно включенные резисторы, на сигнальный провод обычно надевают ферритовые кольца, что также дает неплохие результаты. Защитные диоды должны быть рассчитаны на полную мощность импульса наводки. Куда уходит эта мощность? Обычно считается, что в источник питания. Энергия электромагнитного импульса проследует через диоды либо на землю, либо в источник питания.
Если емкость в фильтре питания недостаточна или если цепи питания имеют довольно высокое сопротивление, входной блок может и выдержит влияние разряда, однако в системе что-нибудь выйдет из строя (Рис.8.8д). В большинстве устройств шины питания и земли проложены с помощью печатного монтажа, что уменьшает проблемы, однако если напряжение питания схем подается по проводам, то следует предусмотреть меры борьбы с электромагнитными наводками. Также, если цепь с ограничительными диодами находится на 262 ° !лава 8. Элекптрамагннпгные помехи Большая часть энергии электростатического разряда т Входной сигнал с помехами а! Другие устройства Входной сигнал с помехами б! Входной сигнал с помехами Входи сп деллют величину допустимого напряжения, С! — поглощаемую энергию. г! Диод 02 замыкает импульсы отрицательной полярности на землю, но подобный ВС вЂ” делитель не может быть использован для гашения импульсов отрицательнога напряжения. Рис.
8.8. Зашита от электростатических разрядов 8.2. Эяекяяккзяаакчеекий разряд ° 263 одном конце кабеля, то это не значит, что электроника на другом конце кабеля достаточно зашишена от влияния электростатических разрядов. Многие из этих эффектов можно минимизировать, надев ферритовые кольца не только на сигнальные провода, но и на провода питания.
Естественно, следует учитывать частотные свойства самого сигнала. Надевание ферритовых колец на кабель с видеосигналом, например, приведет к нежелательному ослаблению сигнала, хотя и зашитит от электромагнитных помех. В некоторых случаях ограничение на уровне напряжения питания может оказаться слишком высоким для последующих цепей.
Представим, что ОУ, работающий с питанием +12 В, подает сигнал в логическую цепь. Хотя режим работы ОУ рассчитан так, что напряжение на выходе его никогда не превысит логических уровней, электромагнитный импульс, ограниченный на 12 В, может привести к «защелкиванию» логической схемы. На Рис. 8.8в показано применение стабилитронов для ограничения разрядного напряжения до требуемого уровня. Наконец, на Рис. 8.8г показано, как можно ограничить напряжение с помоШью резистивного делителя и емкости. Емкость следует выбрать достаточно большой для поглошения всей энергии импульса без значительных колебаний в цепи питания.
Можно применить керамический конденсатор емкостью 0.01 мкФ параллельно с электролитическим конденсатором большой емкости (обычно 100 мкФ). Керамический конденсатор быстро среагирует на фронт импульса, компенсируя ограниченные высокочастотные свойства электролитического конденсатора. Этот метод обладает также преимуществом в ограничении бросков напряжения при выкяючении питания.
При установке защиты от электростатических разрядов следует рассмотреть работу системы в целом. Добавление защитных диодов предотвратит влияние разрядов, но может привести к ошибочной обработке входных сигналов. Что можно сделать в этом случае? Возможно, придется выполнить дополнительную программную цифровую фильтрацию для игнорирования подобных состояний на входах.
В некоторых случаях при возникновении разряда может оказаться необходимым даже принудительный сброс всей системы. Потребуется также задействовать сторолсевой таймер (зкагсЬ-с$о8 гппег) микропроцессора для перевода его в дежурный «спяший» режим. глдвА 9 Системы высокой точности 9.1. Общие сведения в1 я2 Рис. 9.1. Неинвертируюший усилитель на ОУ Многие погрешности в системах высокой точности добавляются опе- рационными усилителями. На Рис. 9.1 показан неинвертирующый усили- глель. Мы можем записать основное уравнение работы ОУ: У, =Ау(Р~ — Р'), где Р, — выходное напряжение усилителя, Ау — коэффициент усиления с разомкнутой петлей ОС, р; — напряжение на неинвертируюшем входе, Р— напряжение на инвертируюшем входе. В этой главе будут рассмотрены системы высокой точности (Ь18Ь- ргес1сйоп аррйсайопа).
Высокая точность — трудно определяемый термин, но в нашем случае под высокой точностью мы будем подразумевать измерения с разрешением более 1О бит. Высокая точность обычно требуется в одном из двух случаев: при необходимости в измерении очень малых величин или величин в очень широком динамическом диапазоне. Термин «высокая точность» обычно трансформируется в высокую разрешающую способность: потребуется 12- или 1б-битный АЦП, вместо 8- или 10-битного. Однако увеличение разрешающей способности несет с собой и дополнительные сложности. 10-битный АЦП с диапазоном 5 В обладает разрешением 4.88 мВ на один шаг. 12-битный АЦП обладает шагом 1.2 мВ, что соответствует увеличению разрешения в 4 раза.
Обратите внимание, что флуктуации напряжения на уровне 3 мВ приведут к вариациям +1 отсчет на выходе 10-битного АЦП, и, в то же время, — +3 отсчета для 12-битного АЦП и +10 отсчетов при 1б-битном преобразовании. 9. 1. Общие сведения ° 265 Поскольку Че соединен со входом, Ч, и Ч образуют делитель напряжения сЧ, и землей: Р..Я, Р= Я2 Основное уравнение усилителя будет иметь следующий вид: "'о =Ау('1- ' ) Раскроем скобки: Р(Я,+Я,)=(А,. Р,.Я,1+(А,. Р,.Я2) — (А,.Р.Яд. Выразим это уравнение относительно Ч„: Ат Р1 Я, Ач 11 Я2 Р,— Я1+ Я2+Ач х Я1 Я1 + Я2 + Ат х Я1 Поделим числители и знаменатели дробей справа на А~-, получим следуюшее выражение: (,хЯ, Р,хЯ, о я я — ь — чЯ Ач Ач Я1 Яг — и — ч- Я, Ач Ау Если величина Аи достаточно большая, то выражение можно упростить: 11ХЯ2 Ях 1' = 1'1 е — или 1' = $'~1»- — ~ а 1 Я 1 о= 1(, я~ 1 1 Это выражение обычно используется для функции преобразования неинвертируюшего усилителя.
Как бы то ни было, данное выражение приемлемо лишь в том случае, если величина Ач достаточно велика. Что происходит в реальном ОУ? Например, маломощный усилитель ЕМ318 характеризуется коэффициентом усиления с разомкнутой петлей ОС от 50000 до 200000. Предположим, мы собрали неинвертируюший усилитель с параметрами: Я, = 10 кОм и Я2 = 50 кОм, Ч, составляет 1.2 В.
Подставляя значения Я„Я2, Р1 в уравнение для идеального случая, получим на выходе следующее напряжение: 266 ° Глава 9. Систеиы высокой точности Теперь, если учесть, что реальный ОУ 1.М318 обладает коэффициентом усиления 100000, с использованием полного уравнения, получим следующую величину: Ачхи1хй~ Ачхи~хйг и— Я, + Яг +Аи х Я~ Я, + Яг +Ач х Я, 100000 х 1.2 х 1О кОм 10 кОм+ 50 кОм+(100000 х!О кОм) 100000 х 1.2 х 50 кОм 10 кОм + 50 кОм + (100000 х 10 кОм) = 7.199568 В. Это близко к идеализированному результату, но отличается на 432 мкВ.
Такая ошибка не вызовет проблем в 8-битной системе с диапазоном преобразования 0...5 В, однако составит погрешность целых 5 шагов в 16-битном АЦП. Проблемой станет и увеличение коэффициента усиления с петлей ОС. Предположим, что Яг составляет 11О кОм (коэффициент усиления 12), а входное напряжение 0.6 В. Рассчитанная по идеализированной формуле величина составит также 7.2 В. В действительности на выходе установится напряжение 7.199136 В, что уже на 864 мкВ отличается от расчетного в 7. 2 В. 9.2. Входное напряжение смещения Идеальный ОУ на выходе даст 0 при любых равных напряжениях на его входах.
В реальном ОУ параметры входных транзисторов могут несколько отличаться друг от друга, тем более при различных температурах. Эти различия вызывают входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения ОУ определяется как напряжение, которое должно быть приложено между входами ОУ для получения на выходе О. Для учета влияния напряжения смешения снова рассмотрим неинвертируюший усилитель. Выражение для выходного напряжения усилителя с учетом напряжения смещения примет следующий вид: и=А,(и,-и +их), где )х — входное напряжение смещения. Новый параметр добавим в об- щее уравнение для неинвертируюшего усилителя: й~ ч )гг 9.3. Входное сопротивление ° 267 Решая это уравнение относительно Ч„и предполагая, что усиление Ан достаточно большое, получим: У,= У,+ +Ух+ или У,=(У,оУх)(1+ — ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
