小型化激光测距机的抗干扰设计
小型化激光测距机的抗干扰设计
作者:余开国
随着现代科技的发展,不管是军用还是民用,对激光测距仪机的要求都是日趋小型化。在测距机小型化设计的过程中,激光器设计、光学和结构设计是一个难点,但是电路设计方面的问题却显得更为突出。在空间很小的情况下,接收放大器、计数器、系统控制、低压电源和高压电源相互之间隔得很近,干扰题的解决,也就显得更为重要。
激光测距机系统中,干扰的来源主要有:
(1)电源干扰,主要是电源DC—DC转换时产生的脉冲干扰和辐射;
(2)空间辐射,在恶劣的空间环境下,可能由很强的空间辐射,导致测距机虚警率升高;
(3)感应噪声干扰,由于电路布线或元器件安装位置不合理而形成的互相间的电场感应、磁场感应等噪声所产生的干扰,这种干扰在接收放大中比较明显;
(4)过程通道干扰,当测距机与其他设备相互通信时,可能由通信接口引入干扰
(5)自身内部串绕,当电路布线(特别是地线的布线)不合理,由于有公共阻抗(公共地线的阻抗),于是耦合形成干扰。
(6)触发干扰和放电干扰,在触发和放电的时候,由于有瞬间高压脉冲(在放电的时候还有较大的电流),于是形成很强的空间辐射和电路间的串绕。
在弄清干扰的来源之后,可以针对具体的干扰具体解决。对于DC—DC电源,首先要用屏蔽罩把电源模块屏蔽,并使屏蔽罩接地,另外,设计适当的低通滤波器,把电源含有的高频分量去掉;对于空间辐射,采用屏蔽的手段来解决,特别要把雪崩管屏蔽好;对于感应干扰和自身电路的串绕,则要通过合理的布线布局来消除,这也是激光测距机中电路设计的重点:
I、布局
在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:
(1)尽可能缩短接收放大器各元件之间的连线,这样可以减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。雪崩管高压和放大芯片、反馈回路尽量远离,输入和输出元件应尽量远离。
(2)系统控制和低压电源与接收远离
(3)每一集成电路芯片旁都要加一去耦电容。
设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容,即使是用电池供电的系统也需要这种电容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。
数字电路中典型的去耦电容为luf或lOufo进行布局时,要符合以下原则:
(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
2、布线
布线的原则如下;
(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。在接收部分,最好加线间地线,以免发生反馈藕合。
(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。
(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。
3、电源线和地线的设计
1)电源线设计
根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。
2)地线设计
地线的正确走线,在激光测距机中尤为重要,它是抗干扰的一个重要环节。
地线设计的原则是;
(1)数字地与模拟地分开,低压地和高压地分开,之后选择比较合适的点相连。
(2)接地线应尽量加粗。这样可以减小在地线上产生的压降,使地线耦合的干扰进一步减小。地线应大于40mil。
对于触发和放电干扰,可以在触发和放电回路里加一反向二极管,以破坏衰减振荡条件,把放电的负向脉冲减小,其做法如下:通过以上措施,可以使干扰降至最小,下图是在基于这种思想下设计的小型测距机信号电路板,它把接收放大、计数器、主波取样、系统控制、低压电源、通信接口都集成在上边。
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