Estoy diseñando un nuevo producto que tendrá una placa uC en una caja de plástico, alimentada por un adaptador de corriente de 12V. Elijo usar un adaptador COTS en lugar de diseñar un dispositivo de red para reducir los problemas de certificación.
En la PCB principal (uC), habrá un regulador de 5 V que alimentará solo al uC, y habrá conectores para tres tipos de dispositivos externos. Los dispositivos del árbol son; un sensor de 5V, un actuador de 12V y un interruptor de palanca.
El sensor de 5 V tendrá su propio regulador en la PCB principal y se conectará a 2 entradas digitales en el uC, el actuador de 12 V se alimentará del adaptador de 12 V a través de un relé o MOSFET en la PCB, y el interruptor de palanca se conectará a tierra y una entrada digital de la uC.
Es probable que el sensor esté en un cable de menos de 2 m de largo, el actuador probablemente esté en un cable de entre 2 m y 8 m de largo, y el interruptor de palanca esté en un cable de entre 8 m y 20 m de largo.
Realmente no tengo ninguna experiencia en el diseño de sistemas con cables largos y me gustaría entender cómo diseñar e implementar este sistema para minimizar la probabilidad de lecturas incorrectas del interruptor de palanca y el sensor debido a EMI en los cables.
El tipo de conector que idealmente me gustaría usar sería jack de 3,5 mm, y he identificado algunos cables que creo que pueden ser adecuados. Estoy tratando de mantener el costo por metro de cable a un precio razonable (<£1/m)
Mi suposición es que con el tipo de cable anterior (para el sensor de 5 V) puedo usar un núcleo para la línea de alimentación de 5 V, dos núcleos para las señales digitales y el blindaje para la referencia de 0 V. ¿Es correcto y ayudará a reducir la interferencia electromagnética que afecta la integridad de mis señales?
Para el interruptor de palanca, supongo que puedo usar un cable blindado de un solo núcleo y usar el blindaje como 0V. ¿Es esto correcto?
¿Qué pasa con el actuador, también puedo usar un solo núcleo para 12 V y blindaje para 0 V?
Supongo que sería beneficioso usar pull-ups fuertes para cada una de las entradas digitales que estoy usando (~200Ohm?). ¿Y que debo colocar capacitores entre 0V y señales de entrada en el PCB principal? ¿Qué valores podrían necesitar ser estos?
Para el interruptor de palanca, ¿quizás también necesitaría una perla de ferrita alrededor del cable? ¿En el extremo de la PCB? ¿Serían útiles las ferritas para los otros cables?
Un ejemplo de la configuración que puedo tener es un adaptador de red de 12 V 2 A que alimenta mi placa uC en una caja de plástico. un cable jack de 4 pines (2 m de largo) que se conecta a un codificador rotatorio con 2 líneas digitales pulsantes < 100 Hz, un cable (jack de 2 pines) de 5 m que se conecta a una cerradura magnética (12 V <200 mA) y un jack de 2 pines, cable de 15 m que conecta a un interruptor de palanca en otra habitación.
La cerradura magnética normalmente estaría bloqueada, mover el codificador giratorio a una posición particular haría que la cerradura magnética se desbloqueara, o cerrar el interruptor de palanca también haría que la cerradura magnética se desbloqueara.
Puede haber varios de estos sistemas en una habitación. No hay maquinaria de alta potencia cerca, es posible que haya equipos de red estándar en la habitación y es posible que haya cerraduras magnéticas que se desactiven o activen periódicamente.
Entonces mis preguntas son?
En tal entorno, ¿qué tipos de EMI podrían captar los cables de las longitudes que describo?
¿Es adecuado el uso de núcleos internos de cable blindado para alimentación y señales, y el blindaje para 0V (conectados en ambos extremos)? ¿Reducirá esto la EMI y la probabilidad de valores incorrectos en las líneas de señal?
¿Qué interfaz debo proporcionar en el lado de uC? por ejemplo, condensadores entre la señal y 0V, pull-ups fuertes, etc.? ¿Debo usar estos, hay algo más que deba usar?
¿Las perlas de ferrita son adecuadas para colocar alguno o todos mis cables en esta situación? ¿Los necesito en ambos extremos, en un extremo, o no los necesito en absoluto?
Si se necesitan perlas de ferrita, ¿cómo puedo elegir la especificación adecuada?
¿Hay alguna otra fuente de interferencia que pueda causarme problemas?
¿Debería estar 'separando' los planos de tierra en la PCB principal? ¿Si es así, cómo?
¿Hay algún otro consejo general de buenas prácticas para diseñar un sistema de este tipo?
Gracias.
No podemos dar un diseño exacto, pero el principio es este.
En el diseño de EMC, es fundamental comprender la impedancia de fuente/carga y el voltaje o la corriente tanto de la señal como de la interferencia de cualquier fuente en todo el espectro, desde CC a RF, para garantizar una alta relación señal/ruido. Puede usar STP o coaxial con <100 pf/m est. con filtros y choques CM cuando sea necesario.
Las cuentas de ferrita son como RL con pérdida similar en respuesta de paso bajo con RC (xx pF) pero aumenta la salida Z (f), mientras que RC reduce Zo (f).
Los estranguladores CM funcionan mejor si se necesita un CMRR alto (f).
Comience con el objetivo SNR y luego pruebe esto. Cuando se logra su diseño es exitoso. La experiencia con todos los parámetros anteriores determina cómo ahorrar tiempo en las opciones de integridad de la señal, carga y compatibilidad, EMC.
La orientación de proximidad y el equilibrio del cable de corriente de ruido del actuador ayudan cuando se irradia el acoplamiento. La calidad y la elección de la conexión a tierra también son importantes. Busque cualquier palabra clave arriba para obtener más detalles.
Si usa un pull-up fuerte, entonces el conductor debe ser un fregadero mucho más fuerte. ~50-75 ohmios para 74HC a 5 V, el margen se define por el ruido atenuado Y el cambio de CC. Por lo tanto, compensaciones. por ejemplo, SCSI utiliza pull-up/down para la optimización.
Para la lógica, considere usar un cable plano intercalado a tierra o cables UTP o STP o CAT x y conectores de estilo RJ
Las conexiones a tierra analógicas y digitales deben seleccionarse cuidadosamente como un punto de conexión común cerca de la fuente PS, donde las corrientes no se comparten. Cuando la fuente es SMPS ruidosa, entonces el ruido de CM puede ser alto y reducido aumentando la impedancia de CM > 1 MHz con estrangulador de CM o, a menudo, mejor con baja Z(f) a tierra.
Tenga en cuenta que los picos de alta corriente en pistas delgadas son inductivas y de alta impedancia // las pistas tienen acoplamiento mutuo.
harry svensson