راه کارهای کاهش نویز

• استفاده از اسنابر:

اسنابر از یک خازن سری با مقاوت تشکیل شده که کل این مجموعه بصورت موازی با بارهای القایی مورد استفاده قرار می گیرد تا نویزهای برگشتی به مدارهای کنترلی را خنثی نماید. معمولا بارهای القایی مثل موتورها، فن ها، شیربرقی ها، سولونوئیدها و قفل های مغناطیسی پس از  قطع شدن، ولتاژ پسماند قوی ایجاد می کنند که این ولتاژ می تواند از طریق رله به مدار کنترلی القا شده و باعث هنگ کردن برنامه میکرو شود. با استفاده از مدار اسنابر در دو سر بار القایی این پسماند خنثی می شود.

اسنابر

این اسنابر از یک خارن پلی استر 39 نانوفاراد سری با یک مقاومت 47 اهم 1 وات تشکیل شده است و برای بارهای معمولی AC-220v مثل فن ها، شیربرقی ها و … بکار می رود.

به عنوان یک نکته خیلی مهم حتما موازی با دوشاخه ۲۲۰ تغذیه دستگاه هایی که می سازید (ترجیحا داخل دوشاخه) یک اسنابر (مقاومت ۴۷ تا ۱۰۰ اهم یک وات سری با خازن ۲۲ الی ۱۰۰ نانوفاراد ۶۰۰ ولت) قرار بدید تا تمام نویزهای روی شبکه برق رو بگیره. با این روش دستگاه ها خیلی در برابر نویز مقاوم میشن.
برای تغذیه دستگاه ها هم از آداپتورهای سوئیچینگ مرغوب آی سی دار که در قسمت ۲۲۰ لاین فیلتر و وریستور و خازن عدسی دارن استفاده کنید. خیلی تاثیر داره. روی یک کار صنعتی انجام دادیم و نتیجه گرفتیم.

نویزگیر1

نویزگیر2

این دو تا آداپتور بالا هر دو لاین فیلتر ورودی دارن و هر دو آی سی دار هستن (آی سی شکل چپ SMD و پشت مداره). شکل چپ 1 هم وریستور داره (اون سبزه) هم سلف تروئید یا لاین فیلتر و هم خازن و باز هم سلف بشکه ای و در خروجی هم سلف داره.

سمت راستی2 هم یک ترانس کوچیک داره که همون لاین فیلتره و وریستور زرد و خازن و سلف در خروجی ۱۲ ولت. استفاده از این مدل سوئیچینگ ها نویز ورودی به مدارها رو به شدت کاهش میده.

این که در مقاله سایت ذکر شده ترانس از سوئیچینگ بهتره منظور سوئیچینگ های ارزان و بی کیفیت و ترانزیستوریه که ۹۹ درصد فروشگاه ها بخاطر ارزون بودن میارن.

• انتخاب مارك معتبر AVRكه در كشور و كارخانه با gradeبالا توليد شده باشد. از نظر كيفيت پائين شماره هايموجود در بازار، برخي شماره هاي پرمصرف مانند mega8يا mega32در وضعيت نامطلوب تري قرار دارند.
• استفاده حتي الامكان از پكيج هاي SMDكه معمولا نسبت به نوع DIPآن از نظر عملكرد وضعيت بهتري دارند.
• قرار دادن EMI Filter+VDRو حداقل يك خازن 100nFو با ولتاژ 400Vدر ورودي تغذيه در حالتي كه
  تغذيه از برق شهر يا ژنراتور يا مانند آن تامين مي شود. براي اطمينان بيشتر مي توان در هر دو سمت EMI filter چنين خازني را قرار داد. در فيلترهاي استاندارد، يك اتصال Earthوجود دارد كه براي حفاظت بيشتر بايد متصل شود.
• در صورت استفاده از يك منبع تغذيه سوئيچينگ بايد طراحي منبع تغذيه به گونه اي باشد كه تمهيدات لازم برايمقابله با شرايط نويزدر آن وجود داشته باشد.

• در صورت استفاده از تغذيه خطي:
  الف- ولتاژ خروجي ترانس تغذيه نبايد براي ولتاژ 220ولت محاسبه شود، بلكه بايد شرايطي كه تغذيه تا حد 180ولت يا كمتر هم افت مي كند در نظر گرفته شود. به اين منظور بايد خروجي ترانس در حدود %20بزرگتر از مقدار معمول آن قرار داده شود. مثلا بجاي خروجي 12ولت براي ترانس، خروجي تا 15 14ولت براي آن در نظر گرفته شود.

ب- در خروجي پل ديود بايد خازن الكتروليت با مقدار كافي و مارك معتبر )در محدوده 2200µfتا 3300µFبا ولتاژ حداقل (25vبه موازات يك خازن حداقل 470nFقرار داده شود و از قرار دادن خازن هاي چيني بي كيفيت خودداري شود.

ج-رگولاتور بايد بصورت دو مرحله اي باشد. مثلا ابتدا يك 7812و بعد يك ) 7805براي خانواده XMEGAمي توان از LF33يا LM1117بجاي 7805استفاده كرد.

د- در خروجي رگولاتورها يك خازن 1000 µFبه موازات يك خازن 10µF Tantalumبه موازات يك خازن100nFقرار داده شود. به منظور جلوگيري از سوختن رگولاتورها به دليل وجود خازن 1000 µFدر هنگام خاموش شدن مدار و تخليه خازن در رگولاتور، يك ديود نظیر 1N4001 بايد بصورت معکوس بين ورودي و خروجي رگولاتور قرار داده شود ( آند در سمت خروجي و كاتد در سمت ورودي رگولاتور).

• ديودهاي زنر از نوع Fastو با ولتاژي اندكي بزرگتر از ولتاژ تغذيه بايد در خروجي تغذيه 5 و 12موازي شوند. در صورت عدم دسترسی به زنر از نوع FAST به قسمت 20 فیلم اموزشی AVR مراجعه کنید.
• بين تغذيه ميكرو كنترلر و تغذيه خروجي رگولاتور بايد يك فيلتر LCبا مقدار مناسب قرار داده شود. مقدار سلف ميتواند در حد كمتر از 1mHو خازن از نوع 10µF Tantalumو به موازات آن 100nF Multi Layerباشد.
  مقاومت اهمي سلف نبايد به حدي باشد كه افت قابل توجهي روي آن ايجاد شود. جريان قطعات جريان كش مانند 7segmentنبايد از اين تغذيه تامين شود و بايد به قبل از سلف متصل شوند.
• ايزوله كردن ورودي و خروجي هاي ميكروكنترلر بوسيله اپتوكوپلرها از منابعي كه مي توانند نويز را به پورتهاي آن تزريق كنند.
•  قرار دادن صفحات زمين مناسب در زير ميكروكنترلرهاي SMD و سایر بخش های خالی از برد مدار چاپی.
• طراحي اصولي PCBبا توجه به مدارات موجود و تقسيم ستاره اي GNDبه گونه اي كه جريان يك بخش روي بخش هاي ديگر اثر نگذارد. همچنین در طراحی PCB باید به اثر القایی و کوپلینگ بین بخش های نزدیک به هم توجه کرد.
• استفاده از كريستال خارجي و فعال كردن فيوزبيت CKOPTو يا استفاده از اسیلاتور خارجی با طراحی معتبر.
• فعال كردن Watch dog Timerو ريست كردن نرم افزاري آن در نقاط مناسب برنامه.
• فعال كردن Brown out detection از طریق فیوز بیت ها و انتخاب بالاترين سطح ولتاژ ممكن براي اين حفاظت كه اين ولتاژ بايد كمتر از سطح تغذيه باشد. براي تغذيه 5v انتخاب سطح 4vو براي تغذيه 3.3vسطح 2.7v براي حفاظت Brown outمناسب است. وجود این حفاظت برای جلوگیری از پاک شدن احتمالی حافظه EEPROM ضروری است.
• قرار دادن يك خازن 1nFبين ورودي وقفه هاي خارجي فعال حساس به لبه تا زمين.
• قرار دادن خازن هاي 100nF بین تغذیه و زمین در نقاط مختلفي كه دور از تغذيه اصلي قرار دارند و جريان كشي دارند، اعم از IC ها و تغذيه LCDو 7segment و…
•  توجه به اتصال ،AVcc حتي در صورتيكه از ADCاستفاده نشود و قرار دادن يك خازن 100nFدر ورودي Vref در شرايطي كه ولتاژ خارجي به آن اعمال نمي شود. همچنين براي تغذيه AVcc لازم است يك فيلتر پائين گذر مجزا مطابق اطلاعات موجود در Datasheetقرار داده شود.
• اتصال تمام پايه هاي GNDو Vccدر AVRهايي كه چند پايه در اين مورد وجود دارد.
• قرار دادن Pull upخارجي و عدم اكتفا به Pull upداخلي براي ورودي هايي كه بايد اين مقاومت در آنها فعال باشد.
• قرار دادن حداکثر زمان  Start-up برای راه اندازی میکروکنترلر از طریق فیوزبیت.
• استفاده از كابل مناسب براي ارتباط ميكروكنترلر با فواصل دورتر كه بسته به نوع ارتباط در مواردي مانند RS485 لازم است بصورت سيم هاي تابيده شده  (twisted pair ) باشد و در مواردي از جمله انتقال سيگنال هاي آنالوگ داراي shieldبافته شده متصل به زمین باشد. توضیح اینکه شیلد در بعضی از کابل ها به صورت بافته شده نیست و تنها به صورت چند رشته سیم وجود دارد که مطلوب نیست.
• در صورت وجود نويزهاي تشعشعي شديد، قرار دادن يك صفحه يا محفظه فلزي مناسب براي محافظت از ميكروكنترلر و سایر مدارات و اتصال آن به زمين.
• وجود و برقراري اتصال Earthدر كاربردهاي برق صنعتي.
  
• جدا كردن تا حد امكان محل تغذيه ACاز منابع پر نويز با روش هايي مانند استفاده از فاز هاي ديگر برق، استفاده از پريزهاي جداگانه، انتخاب سيم هاي مناسب و با قطر كافي براي افت كم در تغذيه AC و استفاده از استابلایز.

منبع  استفاده از AVRدر محيط صنعتي و مقابله با نويز
نويسنده: اوژن كي نژاد

• یک نمونه از نویز دائمی می تواند ناشـی از لامپ هاي روشـنایی (مخصـوصـا مهتابی ها) باشـد که نویز 50هرتز (فرکانس برق شـهر) را به سیگنال وارد می کند.
• اگر دو سـیگنال داخل یک کابل داراي یک سـیم مشـترك (یا مسـیر برگشـت سـیگنال) باشـند، افت ولتاژ ناشی از برگشت یک سیگنال در سیم مشترك می تواند به صورت نویز در سیگنال دیگر ظاهر شود چرا که هم دو سیگنال نسبت به یک سیم مشترك سنجیده می شوند و بنابراین افت ولتاژ ناشی از یک سیگنال، به عنوان نویز در سیگنال دیگر قابل مشاهده است.
• بهترین راه براي کاهش این نویز هم استفاده از سـیم هاي مجزا براي برگشـت هر سـیگنال است. این سیم هاي مجزا، فقط در یک نقطه مشترك می شوند بنابراین اثر جریان برگشتی هر سیگنال بر روي مسیرهاي برگشت سایر سیگنال ها اثر ندارد. روش پیاده سازي این روش در شکل زیر نشان داده شده است.

• انتقال نویز با کوپلینگ خازنی و یا الکترواستاتیک و راه حل کاهش آن
  شـدت این نویز با میزان ظرفیت خازنی بین منبع نویز و سـیم سـیگنال متناسب است. علاوه بر این هرچه فرکانس نویز بالاتر باشد، میزان بیشتري از نویز به سـیم سـیگنال موپل خواهد شـد زیرا امپدانس خازن با افزایش فرکانس کاهش می یابد و مسـیر بهتري براي انتقال نویز فراهم می کند. در شـکل زیر نحوه ي انتقال نویز از منبع آن به مدار نشـان داده شده است. خازن هاي C1و C2مدل فشرده از خازن هاي پراکندگی و طرفیت هاي خازنی قرار داده شده بین سیم سیگنال و منبع نویز هستند.

با توجه به اینکه با افزایش فاصـبه بین منبع نویز و سـیم سیگنال، ظرفیت خازنی بین آن ها کم می شود، یک راه کاهش انتقال نویز به سیم سیگنال، دور کردن آن از منبع نویز اسـت. کاهش طول سـیم سیگنال نیز باعث کاهش میزان خازن پراکندگی شده و بنابراین نویز کمتري به آن منتقل می شود.

• با توجه به مطالب بالا، چهار روش براي کاهش نویز ناشی از کوپلینگ خازنی شامل موارد زیر است:
  +استفاده از سیم شیلددار براي انتقال سیگنال ها
  +ایجاد فاصله بین سیم هاي سیگنال و منبع نویز
  +کاهش هرچه بیشتر دامنه و فرکانس نویز در صورت امکان (مثلا کاهش فرکانس کاري میکروکنترلر و مدارهاي دیجیتال تا حد امکان)
  +دورهم پیچیدن سیم هاي سیگنال و ایجاد کابل  Twisted pair

منبع

Hesam Ahmadi
http://ir.linkedin.com/in/hesamahmadi

• فيلتر EMI 2تا سلف هست که هسته مشترک دارند و به ورودي برق مدار بايد وصل بشه و تا حدود زيادي جلوي نويز رو ميگيره….دليل اينکه وقتي شارژر لپ تاپ رو وصل ميکنيد اينه که يه لحظه خيلي کوتاه ولتاژ افت شديدي پيدا ميکنه و به همين خاطر مدارت ريست ميشه…اگه بتوني يه خازن با ظرفيت بالا بزاري که اون لحظه کاهش ولتاژ جريان مدارتو تامين کنه فکر کنم مشکل رو بتونه حل کنه…