Приветствую специалистов!
Столкнулся первый раз, прошу подсказок.
Опыт проектирования электронных плат управления более 5 лет, но столкнулся с проблемой ЭМС серьезно только сейчас:
Электрошкаф. Металлический корпус ширина 2м, высота 2м глубина около 80см.
В разных частях корпуса стоят:
- насос 220в (мощность менее 1кВт)
- датчики концевики разные
- пара разъемов Dallas iButton
- с десяток ЭМ клапанов =24в
- пара датчиков давления 5..20мА
Электрика 220в устанавливается в отдельном металл. ящике внутри изделия. К ней подводится 220в. Внутри УЗО, автоматы.
В другом ящике металл.(самое интересное) устанавливается:
- бесперебойник обычный бытовой около 500Вт
- блоки питания импульсные 24в, 12в (каждый 200Вт) - наподобие Meanwell
- плата процессорная (спроектирована мною) ядро STM32F217.

В отдельном ящике к которому идет кабель около 2м установлены:
- Дисплей OLED алфавитно-цифровой 4 строки 20 символов
- клавиатура матрица 4*4

На реальном оборудовании в течение суток все зависает по неизвесным причинам в случайное время на разных точках. (если без ватчдога в прошивке - или перезагружается если с ватчдогом).
Хочу докопаться до истины.
Доп.инфо:

плата процессорная - питание на процессор формируется так:
сначала Buck LM2673 до 5в. Затем линейный стабилизатор до 3.3в.

плата разведена с землями и сверху и снизу. Но трассы земель с одного разъема внешних устройств на другой могут проходить через землю процессора, т.е. две земли не отделены четко.

1. Соединение общего провода (- блоков питания) с шасси корпуса сделал в блоке рядом с блоком питания. Несколько уменьшило частоту зависания.
2. Дисплей и клавиатуру вешал на короткие кабели прямо рядом с платой. Проблема зависаний не исчезла. Это как понимаю наиболее проблемные линии так как напрямую от процессора наружу идут.

Куда копать еще?

Понятно, что помеха кондуктивная. Источник помех может быть ка внутри шкафа, так и снаружи. Возможные источники помехи внутри шкафа - двигатель,, бесперебойник, импульсные источники питания. Поскольку раньше все работало данные источники маловероятны (если тока не попался брак или подделка). Что касается внешних источников, тут вариантов много. От различной Р/аппаратуры, которой у вас много наверное, до китайского чайника купленного бухгалтерами.

Кстати, да.
Звучит маловероятно, но помеха может придти из соседнего помещения в момент втыкания штепселя в розетку там. Такое тоже наблюдалось.
Помехи наносекундные, для них пройти пару десятков метров без серьезного угасания ничего не стоит.

Ой ребята, день ото дня не легче
Про тетю с холодильником да увы проходил.
Да, электрику разводку кабелей правда делал другой человек
Завтра часть схем постараюсь выложить.
Не хотел грузить информацией, т.к. схема то не простая.
Диоды на ЭМ клапаны введены по моему требованию FR107.
Ощущение что действительно причин помех несколько и они накладываются.
Кондеры нигде вроде не висят.
(в другом проекте я ставил на моторчики DC24V щеточные конденсаторы 0.1мкф без резисторов - ужасно, да?)

Итак, что я усвоил:
1. в каждом ящике делаю землю грязную (это сам ящик) + землю чистую (внутреннюю).
Их внутри ящиков не соединяю.
2. Землю грязную веду толстым проводом к ящику с процессорной платой.
Землю чистую веду толстым проводом к ящику с процессорной платой (все сигналы чистой земли которые приходили на клеммы внутренних разъемов выдираю).
Соединяю их все в одной точке (в районе клемм "-" блоков питания - или в районе разъема ввода питания на плату?)
3. Нахрен разрезаю пучки проводки сделанные другим "профессионалом", делю их на группы проводов по назначению. И в идеале оплетаю экраном каждый уходящий пучок на свой узел. Экран соединяю только в одной точке - где блок с процессорной платой, к грязной земле.

Вопросы:
1. На корпусе аппарата стоят два разъема iButton. У них конструктивная особенность - корпус разъема это есть "-" его, т.е. гальванически связан. Когда к этому разъему шло два провода - сигнальный (центральный) и общий (на плату заводился) - частота зависаний была выше. Как я понимаю, часть "земляных" токов всех устройств (того же насоса) из-за этого могла идти через плату. Я откусил у разъема от него общий провод. Т.е. общий сигнал к разъему стал идти через корпус аппарата и грязную землю. Как сделать правильно? Разъем на пластинку из изолятора, и его общий контакт вести на грязную землю? Как-то дико.
2. То же что и 1 - с антенной GSM модуля. Т.к. разъем SMA его внешняя часть она гальванически контактирует с пластиной куда привинчивается. Тоже его на изолятор ставить? Чтобы грязные токи не шли по оплетке коакс.кабеля между местом где антенна привинчена и местом где второй разъем SMA стоит вводит сигнал в плату?
3. Какие барьеры ставить на 2-направленные выходы типа iButton или ЖКИ? Просто резисторами не обойтись. TVS? Какие ходовые малогабаритные кто предложит? Не могу найти какие купить.
4. Если вышеперечисленное не поможет - то делать платки-переходнички на разъемы с платой на которые вводить защиту от помех (резисторы проходные и т.п.).

Мотор - это не контакт, там есть индуктивность, а посему на мотор ставить кондер без резисторов можно.


Нет, почему же, соединяйте их вместе, но только один раз. Избегайте множественных соединений, a то весь смысл разделения земель потеряется.


Сделать единое разделение земель для всей системы, состоящей из многих ящиков, это, конечно, круто, но вряд ли практично. На мой взгляд разумно было бы такое разделение делать для каждого ящика по отдельности. Т.е. старужи ящик выглядит как имеющий одну землю, а внутри ящика она разделена.


Экран присоединяется к тому ящику, куда пришел кабель.

Грязная земля процессорной платы вполне может оказаться чистой землей шкафа, и т.д. То есть, понятия чистой и грязной земли не абсолютны, а относительны. Кроме того, самая грязная земля во всей вашей системе - это не у процессора, а там, где приходит сетевое питание, стоят контакторы и пр. Да и сама грязная земля, она грязна по-разному в каждом месте; в той точке, где она соединяется с чистой - она тоже вполне чистая.


Не знаю, зачем вы такие разъемы выбрали. Используйте изолированные. Например, есть польская фирма Demiurg, специализирующаяся на изготовлении разъемов для iButton, у них возьмите, отличные разъемы делают, в т.ч. изолированные от корпуса.

Землю от разъема iButton разумнее протянуть к точке соединения чистой и грязной земель процессорного ящика. От этого разъема электростатические разряды будут идти на землю, поэтому она таки грязная. Однако никакой другой грязи от него более не предвидится, разве что наводки от других кабелей.


Ага.


Про ЖКИ ничего не могу сказать, а в сигнальную цепь iButton надо, конечно, врезать резистор примерно 100 Ом. Ну и от статики защитить, это святое.


Смотрите защиту для USB, их сейчас очень много, маленьких и дешевых.

Именно!
Самое время начать переделывать всё.
Раньше начнете - быстрее получите результат.
Аминь.

Кроме разводки (её на мой взгляд необходимо переделывать), я посоветовал бы пересмотреть и разъёмы. Например, для XT15, на мой взгляд, получается явный перебор количества транзисторов VT5...VT8, коммутирующих через разъём силовые сигналы, с количеством проводов, по которым потекут коммутируемые транзисторами обратные токи.

В качестве рекомендации посоветую как можно больше выжить из этой платы полезной информации. Если необходимо, режьте земли, паяйте проводки и пр.

И ещё. Я рекомендовал бы Вам сделать следующее: перепаять все пары конденсаторов, подсоединенных к резонаторам ZQ1, ZQ2, ZQ3 (получается 6 конденсаторов) и конденсатор на NRST (по-моему, C1). Необходимо поставить конденсаторы вертикально, припаяв к контактной площадке, которая электрически соединена с резонатором и выводом микроконтроллера одновременно. Верхние контакты каждой пары конденсаторов объединить между собой проволочкой и припаять либо максимально близко к ближайшему выводу земли микроконтроллера, либо непосредственно на сам ближайший вывод земли микроконтроллера (второй вариант наилучший). Возможно, эта мера позволит уменьшить частоту сбоев.

Кстати ZQ2 лучше, как в старину, ставить на непроводящую прокладочку толщиной 1-2мм. Они чувствительны к ёмкости между их днищем и платой. Поэтому не рекомендуется заливать под ними землю или водить сигналы. Ну п пока не научитесь их правельно разводить - на прокладку, как в СССР и военке.

Линейный стабилизатор не защищает от помех - это типичная ошибка. Всё что выше нескольких мегагерц - проскочит сквозь него.
От импульсов защищают бусинки/BLM проходные конденсаторы и другие EMI фильтры.
Кстати, у вас между MPw4 и U6 нет фильтра и все помехи от импульсного стабилизатора летят наружу через MPw4 с частотой его работы - которая зависит от нагрузки на плату.

Блоки питания микроконтроллеров должны при включении обеспечивать требуемое даташитом наростание напряжения (это в основном при включении важно).

Вам повезло, что крепёж платы не соединён с землёй - а то мы у всей партии режем - то ещё удовольствие.



Нет. Несовсем. Улучшит ровно настолько - насколько их сопротивление меньше вашей заливки платы. И даже ухудшит если эти провода пройдут над кварцем или МК.
В идеале земля должна приходить на плату в одной точке, там где наисильнейший токообмен, например рядом с питанием. Остальные нужно убирать с платы (продумывая последствия) или ставить на них ВЧ фильтры.


Помогает?



В подобных случаях вы всегда можете разорвать землю ВЧ сигнала (хоть платкой на кабель) и соеденить разрыв через кондёр в несколько пФ. Напряжение выбирать изходя из напряжения помехи - поставите на 630В - сможете в антенну в сеть врубать



Проходные конденсаторы типа NFM18, TVS как я понимаю - не успеют и нужны для ограничения уровня помехи.


Рвите свою гальванику где только можете:
- если сигнал низкочастотный и уровневый - индуктивностью с допустимым для работы сопротивлением,
- если без НЧ составляющей - конденсатором на соответствующие напряжение и частоту.


А кстати - что вы там красите чтоб не работало - плату? И чем?

Внесу свои 5 копеек.

На промоборудовании для меня железное правило - платы только 4-х слойные, 2 слоя земля и питание обязательно. Наелся с этим сам. Много глюков ушло сразу при переходе с 2-х слойной на 4-х слойную.

Как вариант проверки силовых шкафов на эмс - делал тестовую программку которая одновременно щелкает с частотой 1..2-5 гц всеми индуктивными нагрузками: клапанами, пускателями, реле и т.д. У меня глюки если были, то проявлялись в таком методе в течении минуты максимум (зависание). Если в течении минуты все щелкало и не зависало - то шкаф и на месте работал нормально. Исключений не было.

Ну и (хотя для вас наверно не вариант) - использую NEC (ныне renesas) процессоры - железные независаемые. Внутренние шины сделаны с избыточностью и коррекцией ошибок, как и внутренняя флешь. За 4 года ни одного случая зависания.

если сбои не из-за самого железа типа перегревается, память битая и т.п., то
погуглите шнайдер-электрик ЭМС, там разводка шкафов описана хорошо.

из опыта-
все фокусы с землями-проводами-жгутами имхо не помогут- как то два года! возились с подобным проектом, пока я не разругался с начальником, не переделали все платы под 4 слоя, половину выводов разъемов отвели под землю, не переуложили все жгуты и каждый "ящик" заземляли проволокой на шину внизу шкафа, дверцы и стены шкафа с гайкой-прорезайкой тоже каждый своим проводом (если у Вас не какой нибудь специальный шкаф с предусмотренным ЭМС типа Шрофф или Риталл - там все это уже сделано) все на шину.

и еще: не скупитесь на ферритовые кольца на интерфейсные кабели.

кстати последнее очень даже может помочь в вашем случае- попробуйте приобрести фильтры ферритовые ЭМС для кабелей или на худой конец соедините 5-6 колец М2000 диаметра "чтоб провода влезли" в "трубу", смотайте изолентой или скрепите стяжками для проводов и намотайте 5-10 витков интерфейсного кабеля вблизи с ящиком процессора.

для ибуттона, ЖКИ и т.п. все что где-то далеко от платы с процессором или выходящим наружу- надеюсь у Вас есть гальваническая развязка?

Товарищи! Хотел бы задать вопрос, относящийся к обсуждению и описанный в первом сообщении в этой (http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=109510&pid=1128585&st=0&#entry1128585) теме. Кто что думает по этому поводу?

Сейчас собираюсь закладывать в новый проект всякие EMIFIL (BLM, NFM); дисплей, имеющий длинный шлейф (ок. 20 см), собираюсь подключать через BLA3A. Насколько широко можно (и нужно?) применять переходные конденсаторы?

Кстати, про TVS. Подбирал тут из того, что доступно в МегаЭлектронике, получился примерно такой список:

ESDA6V1-5SC6 SOT23-6L 5 диодов на 3V линию
ESDA5V3SC6 SOT23-6L 4 диода на 3V линию
PESD3V3S2UT.215 SOT23 2 диода на 3V линию

ESDA6V1BC6 SOT23-6L 4 диода на 5V линию
ESDA6V1SC6 SOT23-6L 4 диода на 5V линию
PESD5V2S2UT.215 SOT23 2 диода на 5V линию
ESDA6V1L SOT23 2 диода на 5V линию

ESDA14V2SC6 SOT23-6L 4 диода на 12V линию
ESDA14V2L SOT23 2 диода на 12V линию

Уважаемые коллеги! Всем громадное спасибо за советы, что не пожалели время.
Закончены предварительные испытания.

Зависать все перестало.

Что было сделано:
1.На обратную сторону платы были напаяны толстые провода шунтирующие землю от каждого из внешних разъемов - к разъему ввода питания. Сечение около 1мм2.
2.На линии разъемов ЖКИ, клавиатуры (то что заводилось напрямую на ноги STM32F217 без всяких буферов) были напаяны TVS-диоды ESD5Z5.0T1G (мелкие заразы!)
3.На кабели разъемов ЖКИ, клавиатуры были повешаны ферритовые трансфлюкторы типа таких
http://www.chipdip.ru/product/k1nfr-08/

Сейчас буду по частям отрезать все доработки чтобы найти конкретно что существенно улучшило ситуацию.

ставлю на 3-е!

Пожалуй тоже соглашусь

А я нет. Ферриты хороши для борьбы с излучаемыми помехами. А для повышения устойчивости к внешним помехам они не очень эффективны.