伺服控制系统的EMC设计

目前电气伺服控制系统中的主控制器主要是单片机芯片，检测装置是各种传感器，信号转换电路主要实现a/d转换功能，执行机构通常使用各种力矩电机。其控制原理示意图可以简单的用图1的方块图来表示[1]。伺服技术已经发展为高精确度定位控制[2][3]，对控制精度的要求越来越高，同时随着芯片集成技术的提高，电气系统小型化也成为主流趋势。

在小型化的需求下，通常将整个控制电路集成在一块电路板上，电路板密度较高。如果设计不当，电路板会产生很大的噪声，影响到伺服控制精度，严重的甚至不能实现控制目的。在电气伺服控制系统中，控制电路板的噪声也成为影响控制精度的一个重要因素。因此设计好电路板的电磁兼容性，减小电路中的噪声也成了电路设计时必须考虑的问题。本文从模数电路的连接、地和电源的处理、以及驱动电路设计等几个方面讨论了伺服控制电路中一些电磁兼容性设计的方法，并通过实验验证了文种方法的有效性。

伺服控制电路板的电磁兼容设计

在伺服控制电路中，传感器检测到的信号是模拟信号，主控制器和执行机构接收的则都是数字信号，电路分为模拟和数字两部分。如果设计不当，模拟电路和数字电路之间，模拟电路自身以及数字电路自身都会出现噪声串扰的情况，会影响到控制精度。如何设计电路中的电磁兼容性，减小电路中的噪声是提高控制精度的一个重要环节。下面从几个方面讨论伺服控制电路电磁兼容性设计的一些方法，以减小电路中的噪声，避免噪声串扰的情况。

模拟电路和数字电路之间的连接

由于信号的性质，数字电路的频率高，模拟电路的敏感度较强。在模拟电路中，由于传感器检测到的通常为小信号，需要经过放大器放大，极小的噪声电压都会引起输出信号的严重失真。在数字电路中，ttl噪声容限为0.4v～0.6v，cmos噪声容限为vcc的0.3～0.45，因此数字电路具有较强的抗干扰能力。数、模之间的大多数干扰是通过电源和地总线产生的，其中地线产生的噪声干扰最大。

对于信号线来说，高频的信号线应该尽可能的远离敏感的模拟电路器件。对于电源线，数字电源和模拟电源尽可能分开提供。对于地线来说，整个pcb板对外界只有一个结点，所以必须在pcb板内部处理数、模共地的问题。在pcb板内部，为了避免数字地上的噪声对模拟地产生干扰，通常将数字地和模拟地分开，它们之间互不相连，只在pcb与外界连接的接口处有一点短接[4]。为了避免数字地上的高频噪声传送到模拟地上，短接通过磁珠连接。磁珠可以将通过其的高频噪声吸收并且转化成热能散发，有效的避免了将高频噪声反射回去或者传输过去[5][6]。实验证明，选用通频带和阻抗合适的磁珠和直接单点连接相比，模拟地上的噪声减小了很大一部分。