1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

BÁO cáo project giữa kỳ EMC đề tài thiết kế trung tâm điều khiển thiết bị hồng ngoại kiểm tra chất lượng sản phẩm theo các tiêu chuẩn EMIEMS

42 4 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 42
Dung lượng 8,26 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU PHÁT HỒNG NGOẠI (8)
    • 1.1. Sóng hồng ngoại (8)
    • 1.2. Công nghệ thu phát sóng hồng ngoại (11)
    • 1.3. Một vài chuẩn thu phát hồng ngoại (12)
  • CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH (15)
    • 2.1. Thiết kế mạch nguyên lý (15)
      • 2.1.1 Lựa chọn thiết bị (15)
      • 2.1.2 Nguồn cung cấp (19)
      • 2.1.3 Các linh kiện khác (20)
    • 2.2. Thiết kế mạch PCB (21)
  • CHƯƠNG 3: CÁC TIÊU CHUẨN EMI/EMS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM (0)
    • 3.1. Tiêu chuẩn EMI (0)
  • CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ (28)
    • 4.1. Mật độ dòng điện và điện trường (28)
      • 4.1.1 Điện trường trên bề mặt mạch (28)
      • 4.1.2 Cường độ điện trường và từ trường xung quanh mạch (31)
    • 4.2. Ảnh hưởng của dây nguồn lên dây tín hiệu (32)
  • CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC TẾ (38)
  • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN (40)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (42)

Nội dung

LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật phát triển đi kèm với sự phát triển của các thiết bị thông minh vàcác công nghệ truyền thông không dây, trong đó có rất nhiều các công nghệ truyền tinkhông

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU PHÁT HỒNG NGOẠI

Sóng hồng ngoại

Nhà thiên văn học người Anh - William Herschel phát hiện ra ánh sáng hồng ngoại vào năm 1800, theo NASA Trong một thí nghiệm để đo sự khác biệt về nhiệt độ giữa các màu trong quang phổ khả kiến, ông đặt nhiệt kế trong từng màu của quang phổ nhìn thấy được.

Kết quả cho thấy sự gia tăng nhiệt độ từ xanh lam sang đỏ, và ông nhận thấy một phép đo nhiệt độ thậm chí còn ấm hơn ngay bên ngoài điểm cuối màu đỏ của quang phổ nhìn thấy được.

Tia hồng ngoại (Tiếng anh gọi là Infrared ray- tia IR) hay bức xạ hồng ngoại, là một loại năng lượng bức xạ mà mắt người không nhìn thấy được nhưng chúng ta có thể cảm nhận được dưới dạng nhiệt.

Tia hồng ngoại là những bức xạ có bước sóng nằm trong khoảng 760 nm – 1 mm.Tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nhưng lại ngắn hơn bước sóng viba ( bước sóng của lò vi sóng).

HÌnh 1: Bước sóng của tia hồng ngoại

Trong đó, tia hồng ngoại có tần số 300 GHz – 300 MHz, năng lượng của photon dao động ở khoảng 1.24 meV – 1.7 eV

Vì nguồn chính của bức xạ tia hồng ngoại là nhiệt hoặc bức xạ nhiệt, nên bất kỳ vật nào có nhiệt độ lớn hơn 0°K đều sẽ bức xạ năng lượng hồng ngoại

- Phân loại tia hồng ngoại

Dựa vào bước sóng, chúng ta chia tia hồng ngoại thành nhiều loại khác nhau Với

Mỹ, người ta chia thành 5 vùng hồng ngoại, còn với chúng ta thì chia đơn giản thành

Về phân loại tia hồng ngoại theo Mỹ, bạn có thể tham khảo thông số như dưới đây:

HÌnh 2: Phân loại tia hồng ngoại theo Mỹ

Về phân vùng tia hồng ngoại theo cách đơn giản nhất sẽ thành 3 vùng: hồng ngoại gần, hồng ngoại giữa và hồng ngoại xa Chi tiết dưới đây:

HÌnh 3: Đặc điểm của các dải sóng hồng ngoại Đặc điểm của tia hồng ngoại

 Có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở chất bán dẫn

 Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt.

 Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần.

 Tia hồng ngoại tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường

Công nghệ thu phát sóng hồng ngoại

 Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng đâm xuyên kém Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng.

 Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng.

HÌnh 4: Sơ đồ khối bên phát sóng hồng ngoại

Khối chọn chức năng và khối mã hóa là hai thành phần then chốt trong hệ thống phát tín hiệu Khi cần phát, nhấn nút kích hoạt, tín hiệu từ khối sẽ được chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng ở dạng lệnh tín hiệu số, gồm các bit 0 và 1 Quá trình này đảm bảo tín hiệu được mã hóa chính xác và sẵn sàng truyền qua các kênh truyền thông, tối ưu hóa tốc độ xử lý và giảm thiểu sai lệch giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra Việc tích hợp khối chọn chức năng với khối mã hóa giúp hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả hơn trong nhiều ứng dụng.

1 Số bit trong mã nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit.

- Khối dao động: khi nhấn nút thì đồng thời khởi động mạch dao động, tần số xung xác định thời gian chuẩn của mỗi bit.

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi: mã nhị phân sẽ được chốt và được chuyển đổi song song ra nối tiếp và được điều khiển xung dao động nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh.

- Khối điều chế và phát: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được điều chế và phát (ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số từ 38Khz – 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, tăng cự ly phát).

- Khối thiết bị phát: gồm một hay nhiều led phát hồng ngoại.

HÌnh 5: Sơ đồ khối bên thu sóng hồng ngoại

- Khối thiết bị thu: là led thu hoặc thiết bị thu hồng ngoại.

- Khối khuếch đại và tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.

- Khối chuyển đổi và khối giải mã: mã lệnh được chuyển đổi và được giải mã ra thành số thập phân tương ứng.

- Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ đảm bảo cho hoạt động chính xác.

Một vài chuẩn thu phát hồng ngoại

HÌnh 6: Khung bảng tin chuẩn NEC

Mức logic ‘0’: Quy định bởi mức logic 1 kéo dài 562.5 us và mức logic 0 kéo dài 562.5 us

Mức logic ‘1’: Quy định bởi mức logic 1 kéo dài 562.5 us và mức logic 0 kéo dài 1.6875 ms

 Bắt đầu bằng 1 xung mức 1 kéo dài 9ms.

 8 bit địa chỉ cho thiết bị nhận

 1 xung mức 1 562.5 us để kết thúc

HÌnh 7: Khung bảng tin Repeat code

HÌnh 8: Sự thay đổi mức logic

Khung truyền: Có 3 khung truyền trong chuẩn SONY là

 Khung truyền 12 bits gồm 7 bits lệnh, 5 bits địa chỉ.

 Khung truyền 15 bits gồm 7 bits lệnh, 8 bits địa chỉ.

 Khung truyền 20 bits gồm 7 bits lệnh, 5 bits địa chỉ ,8 bits mở rộng

HÌnh 9: Khung truyền chuẩn SONY

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH

Thiết kế mạch nguyên lý

 Thiết kế thiết bị có khả năng điều khiển các thiết bị hồng ngoại

 Thiết bị có khả năng học lệnh

 Đáp ứng các tiêu chuẩn về EMC

Dưới đây là sơ đồ khối tổng quan của hệ thống:

H Ình 10: Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống

STM32 là dòng chip 32bit của hãng STMicrochip sử dụng công nghệ lõi ARM Cortex mạnh mẽ, hiệu năng tốt nhưng vẫn giữ được giá thành tương đối rẻ Phù hợp với đa số các công ty hiện nay.

Các lý do nên chọn STM32 đó là:

 Tốc độ xử lý cao, ngoại vi hỗ trợ rất nhiều, dòng chip phân khúc thâp là

STM32F0x cũng có thể hoạt động lên tới 48Mhz, 64kB Flash, 16kB RAM, 8 bộ Timer 16 bit, 1 bộ Timer 32 bit, 10 bộ ADC 12 bit, 8 bộ USART, 2 bộ SPI,

 Giá thành rẻ nhưng hiệu quả đem lại lớn

 Có kiến thức nền tảng cho các dòng chip có kiến trúc ARM Cortex tạo điều kiện thuận lợi khi đi xin việc

 Stm32 được nhiều công ty sử dụng và ứng dụng trong nhiều loại sản phẩm.

 Công cụ lập trình đều Free và đầy đủ tài liệu hỗ trợ.

 Do những lý do trên nên nhóm em quyết đinh lựa chọn vi điều khiển

STM32F103C8T6 làm vi điều khiển chính xử lý các nhiệm vụ của hệ thống.

Một số thông tin cơ bản của vi điều khiển STM32F103C8T6

- STM32F103C8T6 là vi điều khiển 32bit, thuộc họ F1 của dòng chip STM32 hãng ST.

- Tốc độ tối đa 72Mhz

- Bộ nhớ : o 64 kbytes bộ nhớ Flash o 20 kbytes SRAM

- Clock, reset và quản lý nguồn o Điện áp hoạt động từ 2.0 → 3.6V. o Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz → 20Mhz o Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40Khz

- Chế độ điện áp thấp: o Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ. o Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin ngoài để dùng bộ RTC và sử dụng dữ liệu được lưu trữ khi mất nguồn cấp chính

- 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ o Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6 V o Có chế độ lấy mẫu 1 kênh hoặc nhiều kênh

- DMA: o 7 kênh DMA o Có hỗ trợ DMA cho ADC, UART, I2C, SPI.

- 7 bộ Timer: o 3 Timer 16 bit hỗ trợ các mode Input Capture/ Output Compare/ PWM. o 1 Timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ ngắt Input, dead-time. o 2 Watchdog Timer để bảo vệ và kiểm tra lỗi. o 1 Systick Timer 24 bit đếm xuống cho hàm Delay,….

- Có hỗ trợ 9 kênh giao tiếp: o 2 bộ I2C. o 3 bộ USART o 2 SPI o 1 CAN o USB 2.0 full-speed interface

- Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.

CPU o CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor. o Chạy hệ 32 bit o Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz o Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz > 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình) o RAM: 520 KByte SRAM o 520 KB SRAM liền chip –(trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep).

Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây o Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i o Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE

Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp o 8-bit DACs( digital to analog) 2 cổng o Analog(ADC) 12-bit 16 cổng. o I²C – 2 cổng o UART – 3 cổng o SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH ) o I²S – 2 cổng o SD card /SDIO/MMC host o Slave (SDIO/SPI) o Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support o CAN bus 2.0 o IR (TX/RX) o Băm xung PWM (tất cả các chân ) o Ultra low power analog pre-amplifier’

Cảm biến tích hợp trên chip esp32 o 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường) o 1 cảm biến đo nhiệt độ o Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau.

Bảo mật o IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA,

WPA/WPA2 and WAPI o Secure boot o Flash encryption o 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers o Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC), random number generator (RNG)

Nguồn điện hoạt động o Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C o Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V

Là một vấn đề vô cùng quan trọng trong mỗi dự án Nguồn cung cấp cần duy trì sự ổn định và đáp ứng đầy đủ điện áp cũng như dòng điện cho các linh kiện chính trong mạchTrong mạch này thì stm32f103c8t6 và esp32 là 2 con chip chúng ta cần quan tâm để đáp ứng đủ mức năng lượng của nó

Theo datasheet của stm32 ta có Pmax = 447mW ở chế độ hoạt động thì khi sử dụng cả wifi và bluetooth thì chip esp32 có thể sử dụng mức dong điện lên đến 790mA với mức điện áp hoạt động là từ 3-3,6V ta có thể tính được công suất cần là 2844mW, theo datasheet IC CH340G có mức tiêu tốn năng lượng tối đa là 30.5,55mW.

Như vậy để hệ thống hoạt động ổn định ta cần cung cấp một nguồn năng lượng ít nhất lớn hơn 447+165+2844456mW.

 Chọn IC AMS1117-3,3V để làm IC chuyển đổi từ điện áp 5V về điện áp 3v3 cung cấp cho các linh kiện cần sử dụng điện áp trước và sau đi qua IC AMS1117-3,3V đều được sử dụng tụ lọc

Các nút nhấn được thiết kế với trở kéo lên mức cao cùng với mắc song song với tụ điện để khử rung phím khi nhấn.

Thạch anh dao động ngoại của stm32 được thiết kế dựa theo datasheet của nhà sản xuất chon tụ c8 và c9 từ 5-25pF, theo figure 14 trong datasheet giữa các chân vdd và vss sử dụng các tụ 104.

Bộ thu phát hồng ngoại: mắt thu sử dụng loại hs0038a2 của vishay

Mắt thu này được tích hợp led thu hồng ngoại và bộ tiền khuếch đại trong cùng một đóng vỏ Bên cạnh đó nó còn có bộ lọc nội cho tần số PCM và khả năng lọc những loại ánh sáng khác gây ảnh hưởng đến việc thu sóng hồng ngoại Việc thiết kế giao tiếp giữa mắt thu phát hồng ngoại được dựa trên datasheet hướng dẫn của nhà sản xuất.

HÌnh 13: Sơ đồ thiết kế mạch

Thiết kế mạch PCB

Mạch PCB được thiết kế và sử dụng một số phương pháp hạn chế nhiễu EMC như sau:

 Phủ mass GND hai mặt top và bottom cho toàn mạch

HÌnh 14: Phủ mass GND hai mặt top và bottom cho mạch Đi dây lớn hơn với đường nguồn và nhỏ hơn với đường tín hiệu. Hạn chế đường tín hiệu bẻ góc 90 độ, nên bẻ các góc 45 0

Không được đi dây dưới thạch anh dao động

HÌnh 15: thiết kế đi dây và thạch anh trong mạch Đi dây có ít lỗ xuyên Via nhất

HÌnh 16: Sơ đồ đi dây toàn mạch

HÌnh 17: Sơ đồ 2D mạch sau khi hoàn thiện

HÌnh 18: Sơ đồ 3D mạch sau khi hoàn thiện

CHƯƠNG 3: HIỆN TƯỢNG CROSSTALK VÀ NHIỄU

EMI/EMS VỚI CÁC TIÊU CHUẨN KÈM THEO

Trong mạch điện tử, Crosstalk hay gọi là giao tiếp chéo hoặc nhiễu xuyên âm là bất kỳ hiện tượng nào mà tín hiệu được truyền trên một mạch hoặc kênh của hệ thống truyền dẫn tạo ra hiệu ứng không mong muốn trong mạch hoặc kênh khác.

Về cơ bản, mọi tín hiệu điện đều có một trường điện từ khác nhau Bất cứ khi nào các trường này chồng lên nhau, các tín hiệu không mong muốn - ghép nối điện dung, dẫn điện hoặc cảm ứng - gây ra nhiễu điện từ ( EMI ) có thể tạo ra nhiễu xuyên âm.

Sự chồng chéo có thể xảy ra với hệ thống cáp có cấu trúc, thiết kế mạch tích hợp , thiết bị điện tử âm thanh và các hệ thống kết nối khác Ví dụ, nếu có hai dây dẫn ở gần nhau đang mang các tín hiệu khác nhau, dòng điện của chúng sẽ tạo ra từ trường gây ra tín hiệu yếu hơn trong dây bên cạnh.

Chuẩn EN-55014: Tương thích điện từ - Yêu cầu đối với thiết bị gia dụng, dụng cụ điện và các thiết bị tương tự

- Tiêu chuẩn quy định về nhiễu dẫn điện từ (CE) trong dải tần số từ (150kHz-30Mhz).

HÌnh 19: Chuẩn EN-55014 về nhiễu dẫn từ

- Tiêu chuẩn quy định về nhiễu phát xạ điện từ (RE) trong dài tần số từ (30-1000Mhz)

HÌnh 20: Chuẩn EN-55014 về nhiễu phát xạ điện từ

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

4.1 Mật độ dòng điện và điện trường:

4.1.1 Điện trường trên bề mặt mạch:

Cấp nguồn DC-5V cho mạch, ta thấy phân bố dòng điện bề mặt trên mạch như sau:

HÌnh 21: Sơ đồ thiết kế layout mạch

HÌnh 22: Phân bố điện trường trên bề mặt mạch

 Dòng điện bề mặt bị tập trung nhiều ở phần cấp nguồn do đường đến nguồn cấp cho các vi xử lí, modul truyền nhận cách xa.

 Đất ở gần cũng gây nên việc tập trung nhiều tại đó

 Nhiễu lớn nhất ở gần nguồn chỉ ở mức -40dB(A/m) thoả mãn tiêu chuẩn EN-55014

4.1.2 Cường độ điện trường và từ trường xung quanh mạch

HÌnh 23: Cường độ điện trường xung quanh mạch

 Cường độ điện trường tập chung chủ yếu ở trên phần dây VCC: 5VDC

 Mật độ dòng nhỏ hơn so với giới hạn thông thường.

 Các đường dây ở rìa mạch thường có mật độ dòng điện cao hơn các đường dây khác trong mạch.

HÌnh 24: Cường độ từ trường xung quanh mạch

 Cường độ từ trường của mạch khá ít, chỉ có một phần nhỏ ở đầu vào nguồn do không sử dụng phần tử L.

4.2 Ảnh hưởng của dây nguồn lên dây tín hiệu: Để thử nghiệm, nhóm thực hiện cấp Discrete Port 5V-DC có dạng điện áp như hình. Với các thông số TtotalPns, Thold = 40 ns, Trise = 2ns Tfall = 1ns.

HÌnh 25: Điện áp nguồn Discrete Port

Với trường hợp thứ nhất, khi dây nguồn đặt gần dây UART, có thể thấy được ảnh hưởng từ nguồn đến UART là như sau:

HÌnh 26: Kết quả dòng crosstalk trên dây UART

 Khi đặt nguồn ngay gần dây UART, có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk khá lớn, làm thay đổi điện áp trên dây UART tới 3V, gần như thay đổi hoàn toàn kết quả của tín hiệu số.

Trường hợp dây nguồn gần dây SPI:

HÌnh 27: Kết quả dòng crosstalk trên dây SPI

 Khi đặt nguồn ngay gần dây SPI, có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk khá lớn, làm thay đổi điện áp trên dây SPI tới 3V, gần như thay đổi hoàn toàn kết quả của tín hiệu số.

Trường hợp dây nguồn đặt ở xa, thêm các tụ lọc: Đặt các phần tử đo ở cuối mỗi đường tín hiệu Với những tín hiệu thay đổi với tần số cao như UART, PWM được kết quả đo như sau:

HÌnh 28: Kết quả dòng crosstalk trên những dây có tín hiệu thay đổi với tần số cao khi có thêm tụ lọc và đặt dây nguồn ở xa độ dài FR4=0.8mm

Hình 29: Kết quả dòng crosstalk trên những dây có tín hiệu thay đổi với tần số cao khi có thêm tụ lọc và đặt dây nguồn ở xa độ dài FR4=1.6mm

 Khi tăng độ dài lớp cách điện FR4, ta thấy ảnh hưởng crosstalk lên các đường dây bị giảm đi.

 Khi đặt nguồn ở xa các đường tín hiệu có tần số thay đổi nhanh, kết hợp với việc thêm các tụ lọc Có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk đã giảm đi khá nhiểu Trong giai đoạn khởi động 50ns ảnh hưởng chỉ dưới 1V Không ảnh hưởng tới kết quả trên đường dây số.

Năng lượng bức xạ ra môi trường xung quanh

Bước đầu tiên là Import mạch từ Altium và qui định lớp chất nền 0.8mm Sau đó tạo các port tại các đường dây có tín hiệu cần kiểm tra Với sơ đồ mạch của nhóm, chúng em kiểm tra trên các đường dây UART, I2C, SPI, thạch anh và PWM.

HÌnh 30: Port các đường dây có sự giao động với tần số cao

Các đường Port sẽ tạo xung dạo động trên đường dây, từ đó tính toán da năng lượng bức xạ ra môi trường dựa theo tần số.

Sau khi cấp Port, tạo Probe trong phần EMC, quy định khoảng cách 3m Vào Schematic để nối các đường port.

HÌnh 31: cấp xung và nối đất các port

Với giá trị các tụ được quy định trong datasheet của MCU STM32 là 50 pF.

HÌnh 32: Kết quả mô phỏng bức xạ của mạch

Nhìn tổng quan, các đường layout mạch thoả mãn các yêu cầu theo tiêu chuẩn EN-55014 về năng lượng bức xạ.

Các đường layout mạch tạo hài ở tần số 6MHz, tuy không vượt quá ngưỡng bức xạ của tiêu chuẩn nhưng gây ra những ảnh hưởng nhất định.

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC TẾ

Sau khi hoàn thiện mạch thực tế, mạch hoạt động ổn định Đạt được đúng yêu cầu đặt ra.

HÌnh 33: Mạch thực tế (mặt trước)

HÌnh 34: Mạch thực tế (mặt sau)

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Đánh giá:

 Mật độ dòng điện trong mạch không quá lớn và có thể giảm bớt bằng việc tăng độ rộng đường dây.

 Các tụ coupling cũng được sử dụng để tạo sự ổn định.

 Việc tách đất giữa lớp top và bottom tạo sự ổn định trong điện áp sau một khoảng thời gian, tuy nhiên trong mạch hiện tại gây nên offset khá lớn.

 Việc mô phỏng vẫn chưa đầy đủ các trường hợp nên chưa đánh giá được toàn diện

 Một vài đường dây trong mạch có thể thay đổi để cải thiện chất lượng tín hiệu

 Hiện tại, mạch trong quá trình mô phỏng và chưa đánh giá được thực tế

 Khi làm thực tế, có thể có các ảnh hưởng từ việc hàn.

Qua quá trình học và thực hành Project giữa kì của học phần Tương thích điện từ trường EMC, nhóm chúng em nhận được kết quả sau:

- Hệ thống hóa toàn bộ kiến thức về EMC để áp dụng vào bài tập lớn, bao gồm layout và thực hiện thiết kế theo một quy chuẩn.

- Áp dụng các kiến thức trong môn học vào việc giảm thiểu nhiễu EMC trên layout mạch.

Phân chia công việc & đánh giá:

Thành viên MSSV Công việc Đánh giá điểm

Phạm Văn Duy 20181447 Tìm hiểu công nghệ thu phát sóng hồng ngoại, chuẩn EMI-

Nguyễn Quang Trung 20181796 Mô phỏng và đánh giá thiết bị theo tiêu chuẩn EMI, thuyết trình.

3 Lựa chọn thiết bị, thiết kế phần cứng, làm slide, word 9

CÁC TIÊU CHUẨN EMI/EMS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

Mật độ dòng điện và điện trường

4.1.1 Điện trường trên bề mặt mạch:

Cấp nguồn DC-5V cho mạch, ta thấy phân bố dòng điện bề mặt trên mạch như sau:

HÌnh 21: Sơ đồ thiết kế layout mạch

HÌnh 22: Phân bố điện trường trên bề mặt mạch

 Dòng điện bề mặt bị tập trung nhiều ở phần cấp nguồn do đường đến nguồn cấp cho các vi xử lí, modul truyền nhận cách xa.

 Đất ở gần cũng gây nên việc tập trung nhiều tại đó

 Nhiễu lớn nhất ở gần nguồn chỉ ở mức -40dB(A/m) thoả mãn tiêu chuẩn EN-55014

4.1.2 Cường độ điện trường và từ trường xung quanh mạch

HÌnh 23: Cường độ điện trường xung quanh mạch

 Cường độ điện trường tập chung chủ yếu ở trên phần dây VCC: 5VDC

 Mật độ dòng nhỏ hơn so với giới hạn thông thường.

 Các đường dây ở rìa mạch thường có mật độ dòng điện cao hơn các đường dây khác trong mạch.

HÌnh 24: Cường độ từ trường xung quanh mạch

 Cường độ từ trường của mạch khá ít, chỉ có một phần nhỏ ở đầu vào nguồn do không sử dụng phần tử L.

Ảnh hưởng của dây nguồn lên dây tín hiệu

Để thử nghiệm, nhóm thực hiện cấp Discrete Port 5V-DC có dạng điện áp như hình. Với các thông số TtotalPns, Thold = 40 ns, Trise = 2ns Tfall = 1ns.

HÌnh 25: Điện áp nguồn Discrete Port

Với trường hợp thứ nhất, khi dây nguồn đặt gần dây UART, có thể thấy được ảnh hưởng từ nguồn đến UART là như sau:

HÌnh 26: Kết quả dòng crosstalk trên dây UART

 Khi đặt nguồn ngay gần dây UART, có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk khá lớn, làm thay đổi điện áp trên dây UART tới 3V, gần như thay đổi hoàn toàn kết quả của tín hiệu số.

Trường hợp dây nguồn gần dây SPI:

HÌnh 27: Kết quả dòng crosstalk trên dây SPI

 Khi đặt nguồn ngay gần dây SPI, có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk khá lớn, làm thay đổi điện áp trên dây SPI tới 3V, gần như thay đổi hoàn toàn kết quả của tín hiệu số.

Trường hợp dây nguồn đặt ở xa, thêm các tụ lọc: Đặt các phần tử đo ở cuối mỗi đường tín hiệu Với những tín hiệu thay đổi với tần số cao như UART, PWM được kết quả đo như sau:

HÌnh 28: Kết quả dòng crosstalk trên những dây có tín hiệu thay đổi với tần số cao khi có thêm tụ lọc và đặt dây nguồn ở xa độ dài FR4=0.8mm

Hình 29: Kết quả dòng crosstalk trên những dây có tín hiệu thay đổi với tần số cao khi có thêm tụ lọc và đặt dây nguồn ở xa độ dài FR4=1.6mm

 Khi tăng độ dài lớp cách điện FR4, ta thấy ảnh hưởng crosstalk lên các đường dây bị giảm đi.

 Khi đặt nguồn ở xa các đường tín hiệu có tần số thay đổi nhanh, kết hợp với việc thêm các tụ lọc Có thể thấy được ảnh hưởng của dòng crosstalk đã giảm đi khá nhiểu Trong giai đoạn khởi động 50ns ảnh hưởng chỉ dưới 1V Không ảnh hưởng tới kết quả trên đường dây số.

Năng lượng bức xạ ra môi trường xung quanh

Bước đầu tiên là Import mạch từ Altium và qui định lớp chất nền 0.8mm Sau đó tạo các port tại các đường dây có tín hiệu cần kiểm tra Với sơ đồ mạch của nhóm, chúng em kiểm tra trên các đường dây UART, I2C, SPI, thạch anh và PWM.

HÌnh 30: Port các đường dây có sự giao động với tần số cao

Các đường Port sẽ tạo xung dạo động trên đường dây, từ đó tính toán da năng lượng bức xạ ra môi trường dựa theo tần số.

Sau khi cấp Port, tạo Probe trong phần EMC, quy định khoảng cách 3m Vào Schematic để nối các đường port.

HÌnh 31: cấp xung và nối đất các port

Với giá trị các tụ được quy định trong datasheet của MCU STM32 là 50 pF.

HÌnh 32: Kết quả mô phỏng bức xạ của mạch

Nhìn tổng quan, các đường layout mạch thoả mãn các yêu cầu theo tiêu chuẩn EN-55014 về năng lượng bức xạ.

Các đường layout mạch tạo hài ở tần số 6MHz, tuy không vượt quá ngưỡng bức xạ của tiêu chuẩn nhưng gây ra những ảnh hưởng nhất định.

KẾT QUẢ THỰC TẾ

Sau khi hoàn thiện mạch thực tế, mạch hoạt động ổn định Đạt được đúng yêu cầu đặt ra.

HÌnh 33: Mạch thực tế (mặt trước)

HÌnh 34: Mạch thực tế (mặt sau)

Ngày đăng: 05/08/2022, 09:20

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

🧩 Sản phẩm bạn có thể quan tâm

w