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单片机供电电源有干扰纹波,如何滤除?

作者:机械网
文章来源:本站

  想滤除单片机供电电源中的纹波干扰,首先要搞清楚这个纹波来自于哪里?若是单片机所用的供电电源稳定性差,电源中含有大量的交流纹波,此时可以将单片机的供电电源经AMS1117这类低压差稳压IC稳压后再给单片机供电。

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  从原理出发,一步一步来分析供电电源有干扰纹波的问题。

  单片机的供电电源来自哪里?如果是从自己设计的由220V交流经变压器、稳压电路得来的电源,那么此时供电电源有纹波,说明供电电源电路本身可能存在问题。先把供电电源单独用示波器观察,观察纹波的大小。如果纹波符合你的要求,说明供电电源电路不是纹波的主要来源。所以,供电电源不是产生干扰纹波的主要因素,主要因素肯定来自其他电路部分。

  首先,形成干扰的基本三要素:

  1、干扰源:干扰的来源,产生干扰的元件、设备或者信号。主要是继电器、电动机、变压器、高频时钟等。

  2、传播路径:干扰源到受干扰对象之间的路径。传播路径一般是导线和空间上的磁场辐射。

  3、易受干扰的对象:被干扰源干扰的对象。主要是单片机、仪表放大器、高精度的AD/DA转换器等。

  如果单片机是自己设计并打样出来的PCB板,那么供电电源出现纹波的因素就有多种。在设计单片机原理电路时,应该尽量减少电路回环,电源线要尽量粗,去除尖端铜皮。产生电源纹波最主要的原因就是在单片机的VCC管脚,没有加去耦电容。什么是去耦电容?

  上图所示的电容C6、C5就是去耦电容!去耦电容是单片机和其他芯片供电电源部分必不可少的一部分。去耦电容的作用主要是稳定供电电源、减小干扰、滤除杂波。去耦电容的原理和取值相关问题可以在我头条主页的文章中找到。

  产生纹波的其他原因及其解决方法:单片机与继电器、电动机、变压器、高频时钟等相隔太近。这些器件对单片机的供电电源部分产生了电磁辐射。解决方法:在单片机和这些器件之间加隔离电路,如加磁珠、滤波电路等。

  单片机电源均为直流电源,且常见MCU供电电压为5V、3.3V、1.8V等。所以此问题可以看作是低压直流电源的纹波如何滤除的问题。

  首先我们要先明确一个问题:电压纹波从哪里来?

  直流电压很多时候由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净,直流电压中仍然会含有少许交流成分,这就产生了纹波。以各类电池作为电源时也会因负载的波动而产生纹波。即使使用最好的基准电压源器件,输出电压也难免会有纹波。

  而在硬件设计过程中,为了满足产品需要,在单板上往往会有多种电压,也需要使用各种类型的电源芯片来实现预定的电源拓扑,如DC-DC,传统线性稳压器,低压差线性稳压器(LDO)等等,其中DC-DC包括Buck、Boost、Buck-Boost三种类型。按照常见程度,这里我介绍一下开关电源(Buck电路)及线性稳压器(LDO)的纹波滤波处理方法。

  一、对于Buck电路,可以采取如下措施进行滤除:

  一般以低频噪声取大电容,高频噪声取小电容为原则。详细方法在下方LDO滤波中有介绍,DC-DC与此同理,但一般需要铝电解电容等大容量电容进行滤波。

  2,并联一个肖特基二极管滤除开关纹波

  无论是同步整流型还是非同步整流型Buck,在mos管开关过程中,都会产生开关尖峰,此处的尖峰可以看作是高频纹波,一般情况下,在同步型Buck的mosfet下管处并联一个肖特基二极管可以有效减小开关尖峰,具体原理与buck电路的体二极管及死区时间有关,此处不再展开分析。

  3,对减小纹波。开关电源的PCB 布线也非常关键,以TI公司的LM2596为例,在其Datasheet中可以找到其布局示例如下图所示,良好的电源层分割及铜皮铺设是减小纹波的有效方法。

  二、对LDO来说,主要靠放置滤波电容来抑制纹波

  这里首先要了解电容滤波的机制——为噪声提供一条低阻抗回路。对于电容而言,其等效模型并非完全的电容,而是由电容,ESL,ESR来组成。由于电容分量的存在,其阻抗随频率升高而降低;ESL分量则使得阻抗随频率升高而增加。从整体上看,有下图所示的规律:

  欲获取更多关于Buck电路滤波及环路稳定性的内容,或者想了解更多关于电源滤波的知识,敬请关注我的头条号哦!

  单片机供电电源出现干扰纹波,消除的方法如下:

  1、在交流电源端加装交流电源滤波器。

  2、直流电源加设LC滤波电路。

  3、在直流电源输出端加大滤波电容,消除电路的自激干扰。

  4、用金属屏蔽层封装电源单元电路并可靠的接地。

  并联滤波电容

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