Estoy diseñando un sistema de control que se instalará cerca de un ferrocarril en funcionamiento. El sistema tiene muchas interfaces que están conectadas externamente a diferentes dispositivos, tiene Wiegand, RS485, Ethernet y algunos pines IO digitales.
Actualmente estoy pensando en usar varistores en cada pin, excepto Ethernet, por supuesto, resistencias limitadoras de corriente para evitar cortocircuitos y fusibles en los pines de alimentación. ¿Son necesarios los diodos TVS/diodos Zener u optoacoplamiento o es suficiente el varistor en este caso? (Es probable que la MCU sea un Atmega1284 u otro AVR8)
Mi pregunta es ¿cuáles son las buenas prácticas y soluciones para evitar EMI y ESD y cualquier otra interferencia causada por humanos o por el ferrocarril? Sé que Ethernet y RS485 están protegidos, usaremos cables blindados para ellos.
He monitoreado con un analizador de espectro a 200 metros de un tren de tracción vía férrea en TV por cable CATV 300MHz. El ingreso era enorme y provocaba una notable interferencia al paso del tren. La mayoría de las causas fueron la oxidación a tierra del coaxial y la calidad del coaxial (protección simple, doble, ingreso de humedad de los cortes) Esta calidad se determina mediante una medición de la impedancia de transferencia y CMRR o, en otras palabras, el ingreso debido a líneas diferenciales desequilibradas (señal y retorno) sobre todo el espectro de interés y la corriente inducida en esta impedancia diferencial desequilibrada.
Las soluciones son muchas. Baja impedancia diferencial balanceada. Alta impedancia de CM superior a 5 veces el ancho de banda de la señal o lo que sea que no cause distorsión de retardo de grupo.
Asumir que su par trenzado solo es susceptible a voltajes transitorios y no a la integridad de la señal es ingenuo. Si resuelve los problemas de integridad de la señal con una prueba que utiliza un ruido de impulso A/m equivalente con un tiempo de subida de xx ns y un ruido de impulso V/m con V/m y el mismo tiempo de subida para la cápita de acoplamiento, puede realizar experimentos de campo cercano a lo largo del cable de señal elegido. y mida en un analizador de espectro o DSO la señal inducida para igualar las impedancias en su cable y extrapolar.
Una vez que comprenda completamente el ingreso de estas fuentes y pueda simularlo de manera experta con niveles dV/dt y dI/dt de pruebas de interruptores reactivos, entonces podrá estar protegido de manera segura contra niveles transitorios. Suponga que sus conexiones a tierra envejecen entre 10 ohmios y >100 ohmios con el tiempo, a menos que tenga una especificación diferente. mejor que las líneas eléctricas y simule esto en sus planes de diseño y prueba de verificación de diseño (DVT).
Las soluciones comunes son cables STP, impedancia de conexión a tierra controlada (trenzado, cable plano o cable Litz), estranguladores CM alrededor de los cables en ambos extremos e impedancia óptima combinada SMD Ethernet Baluns a bordo para cada conector.
En mis días de "desteñido verde" como ingeniero de diseño junior en el sector aeroespacial a finales de los años 70, una vez supuse erróneamente que mi enlace de cable diferencial RS485 "largo" de 9600 baudios era bueno en ambos extremos para una red SCADA de prelanzamiento de cohetes. Después de que dejé la compañía y nunca tuve la oportunidad de hacer una prueba de campo, un ingeniero me dijo que cada vez que se usaba el transmisor VHF, causaba todo tipo de errores de datos. La moraleja de mi verdad, aprender de mis errores e incluir un filtro Pi en ambos extremos para evitar que AM VHF/UHF demodulado cause errores de integridad de la señal, que es básicamente un Balun con un límite de carga de RF. (estrangulador de modo común)
Andy alias