Разрабатываю мотор тестер, который должен нормально работать в “жестких” условиях СТО. Возможны короткие высоковольтные импульсы (~1 мкс / 1-10 КВ / доли мкА) от вторичной цепи системы зажигания попадающие либо на сигнальный провод, а чаще всего на экран.

Для проверки помехоустойчивости прибора использую обычную пьезозажигалку, если искра бьет в сигнальный провод то все хорошо – устройство не сбивается (не подвисает МК или не сбивается логика), если искра бьет в экран или корпус, то где-то в 10% устройство сбивается.

Входные BNC разъемы заземлены напрямую на землю / корпус платы, имеет ли смысл для увеличения помехоустойчивости заземлить входы через “нулевой” резистор или дроссель?

Спасибо за помощь.

Наверное помеха идет через цепи питания или из-за плохой экранировки самого прибора (открытые для электрического или магнитного поля чувствительные к помехам контуры). Поможет полная экранировка и фильтр по питанию (дроссель на феррите в два провода), если оно внешнее.

Спасибо за совет.

Питание от USB, потом гальваническая развязка, потом отдельно питание для аналоговой и цифровой земель. Везде стоят дроссели, конденсаторы по питанию и т.д., вообще вроде все включая разводку выполнено с учетом различных рекомендаций по помехоустойчивости.
Экран – из оцинкованной жести, цельный только отверстия для разъемов.

Я вот думаю может сделать 2 аналоговых земли, одна “с помехами”, другая отделана 0-вым резистором, а все аналоговые сигналы и питание с шумной аналоговой земли идут на “чистую” аналоговую землю через дроссели или резисторы ~10-20 Om.

msn
Ваш прибор подключается к “обычному” ПК (или используете ноут), если к ПК то он заземлен от контура на СТО?

Экран из жести -это для красоты.Добавте экран из меди.А жестяной экран(наружный) -из жести потолше-1мм,например.Кстати их можно садить на разные земли.
Непонятно как вы выполнили питание.Оно у вас от юсб потом развязка????

Чтобы давать конкретные советы, надо представлять ваше устройство. Из вашего описания мне не совсем понятно, как оно устроено. Поэтому ограничусь общими советами.

Вам необходимо точно представлять, как в каждом случае протекают помеховые токи. Допустим, при ударе искры в определенную точку корпуса, устройство сбойнуло. Рисуете (мысленно или на бумаге) контур прохождения тока (на всякий случай, напоминаю: контур тока обязан быть замкнутым). Теперь, задавшись напряжением на зажигалке перед тем, как проскочила искра (несколько кВ), примерно оцениваете падения напряжения на разных участках этого контура. Падение напряжение на искровом промежутке принимаете равным нулю, падением напряжения на собственном теле тоже пренебрегаете. Основное значение при анализе имеют емкости и индуктивности, а не резистивные элементы.

Вот рисунок простейшего, но очень поучительного опыта, который я реально проделывал лет 15 назад.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Высоковольтный источник питания через высокоомный токоограничивающий резистор Rген заряжает до 10 кВ высоковольтный керамический конденсатор С емкостью примерно 1000 пФ. Величина емкости большой роли не играет, важно, что он был керамическим, т.е. с низкой индуктивностью. Выглядел он как керамический цилиндр несколько сантиметров в диаметре и пару сантиметров высотой. Контакты - в виде пластин с дыркой под винт. Один конец кондера намертво заземлен - нижняя обкладка прикручена винтом к заземленной медной пластине 30х30 см толщиной 5 мм. Ко второй обкладке подкручен Rген.

К этой же медной пластине, в нескольких сантиметрах от кондера, прикручен толстый голый провод-плетенка, сделанный из медной оплетки коаксиального кабеля. Длина этого провода ровно 1 м, сопротивление провода маленькое - обычный цифровой авометр показывает 0, а миллиомметра под рукой нет. Дальний конец провода привязан к длинной изолирующей текстолитовой палке.

После того, как конденсатор зарядился, я берусь за дальний конец палки и разряжаю его. Проскакивает искра.

Вопрос: Какое напряжение на этом толстом медном проводе в момент разряда?

Ответ: 10 киловольт. По 100 Вольт на каждом погонном саниметре плетенки.

Доказательство: Беру газовый разрядник (gas sparc arrester), наподобие показанного на рисунке ниже, но с прозрачным стеклом - в момент пробоя хорошо видно выспышку. Изготовитель Сименс, пробивное напряжение 600 В. Цепляю разрядник к своему проводу крокодилами. Когда расстояние между крокодилами увеличивается до более чем примерно 6 см, то в момент разряда кондесатора в колбе разрядника видна вспышка.

Всем спасибо за помощь.


И к тому и другому, обычно ПК не заземляют, либо контура нет, либо просто лень.


Нет, не для красоты.


Специально проверял работу устройства с экраном и без экрана.
Рядом (10-20 см от платы, к устройству ни чего не подключено) ставил DIS катушку (мощные разряды до 50 КВ) и эмулятор свечи – 2 гвоздика, т.е. получались как бы ”светящиеся” провода. Без экрана МК сбивался практически все время, с экраном практически не сбивался.


Можно подробнее, про разные земли?


1. От USB разъема питание идет на схему приемопередатчика, который гальванически развязан от основной схемы
2. Питание на основную схему идет через DC/DC преобразователь (5 -> 3.3)
3. Далее разделяется на цифровое и аналоговое питание


Примерно так.



Пока могу представить только один путь: зажигалка - экран – земля основной схемой – паразитная емкость между основной схемой и схемой приемопередатчика – USB кабель – комп – земля – я.

P.S.
Смотрю на решение в практически аналогичном устройстве, автор которого утверждает что его устройство практически не зависает. Вроде все входная часть сделана на отдельной плате.

С точки зрения топика структура устройства большого интереса не представляет, только грубая разбивка на блоки и развязки. А вот то, как устроены земли, где и куда подключаются экраны, как по земле проходит помеха, и т.п., являются определяющими. Так что, к сожалению, то, как у вас устроен прибор, осталось не совсем понятно.

А у вас разве земля основной схемы полностью "плавающая"? Ее надо бы заземлить. Чтобы путь был такой: зажигалка - экран – земля основной схемы – земля – вы. Или, еще лучше, так: зажигалка - экран – земля – вы, ибо незачем пускать помеху бегать по земле схемы.

GND – земля приемопередатчика
DGND – ”основная” цифровая земля
AGND – ”основная” аналоговая земля (соединены 0 Ом)


Да Вы правы, про это в своем ”эксперименте” я забыл.
Если заземляю землю основной схемы (корпус BNC разъема на батарею) то зависаний нет.
Но часто на СТО земля основной схемы "плавающая", т.е. ни кто ни чего не заземляет, масса автомобиля не соединяется с землей прибора, подключаются только емкостные датчики на высоковольтные провода.

А как устройство монтируется? Я понял, что у него оцинкованный корпус. Разве он не прикручивается к "массе"? Нельзя ли сделать так, чтобы заземление происходило за счет механического монтажа, а провод заземления только "дублировал" это соединение для надежности?

Или это не стационарное устройство, намертво укрепленное в авто, а внешнее, подключаемое на время тестирования? "СТО" - это, наверное, "станция техобслуживания"? Если так, то непонятно, зачем вам нужна развязка. Что-то я не вижу от нее большой пользы.

Если будете делать 2 экрана-то наружный всегда садится на силовую землю(если она вам доступна).
Речь идет о нейтрали 220В .Или вы можете попробовать использовать свою сильноточную землю.
Про медь настоятельно советую попробовать,у неё существенно меньшее сопротивление.
Кстати а почему вы считаете что помеха идет по земле.Судя по рисунку габарит платы не маленький.
Возможна наводка на определенные цепи типа сброса.

Это просто коробочка – приставка для ПК. Т.е. подключается к любому ПК, который может быть заземлен или не заземлен, либо ноутбуку, питающемуся от батареи.
В принципе можно, но эта штука не стационарная, т.е. иногда нужно проехаться в авто что бы посмотреть как оно ведет себя под нагрузкой.


Развязка для защиты от “мастеров”, иногда подключают кроме мотор тестера, еще сканеры (общается с электронным блоком управления) которые практически всегда не развязаны от ПК, и довольно часто могут перепутать +12 и землю, кроме того без развязки если не заземленный ком “своими 110 Вольтами” может убить на машине какие-то датчики.

Судя по фотографии платы, у вас процессор стоит в месте, где соединяются "аналоговая" и "цифровая" земли. То есть, на самом юру, на самом проходном месте, его шибает каждая помеха. На всей плате нет хуже места.

Я вам вот что посоветую. Наставьте высоковольтных керамических SMD кондеров по 100 пФ равномерно между всеми разделенными и полуразделенными землями. Примерно так, как я показал на вашей фотке голубыми отрезками. Дайте помехе возможность пройти мимо процессора.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


На всякий случай, ссылка на статью "Помехоустойчивые устройства". Посмотрел я на компоновку вашей платы, и подумал, что вы эту статью не читали. Или не придали значения из-за всяких "различных рекомендаций по помехоустойчивости". Опять же, слова о "конденсаторах по питанию" в этом контексте как правило являются очень плохим знаком, потому что не имеют отношения к проблеме повышения помехоустойчивости.

Спасибо, попробую с медным экраном.
Силовой земли нет.
За сильноточную землю наверное нужно принять цифровую землю основной схемы, так как 70% тока потребляет SRAM.
Цепи сброса везде короткие с фильтрами, также для теста все сбросы накоротко завел на Vcc, а ”длинные” дорожки обрезал – эффект тот же. При сбое пропадает генерации кварцевого резонатора, т.е. судя по всему МК не сбрасывается а куда-то ”улетает”.


Да, так.
За основу брал разводку ПП кита основного МК, а также рекомендации:
Методы проектирования аппаратного обеспечения
или
Заземление в системах со смешанными сигналами



Спасибо попробую.


Статью читал, сейчас еще раз перечитываю.

Попробуйте вырезать землю проца вместе с землей кварца и отдельным проводом дотащить до общей точки.Или более постой вариант-землю кварца отдельным проводом до земли проца.Возможно помеха идет по питанию-навесте LC вильтр на ноги проца.

Спасибо за совет. Так и сделаю.
Еще раз перечитал "Помехоустойчивые устройства" переразведу землю под МК с учетом Ваших и их рекомендаций – “сверхчистая” площадка под МК соединенная с “чистой” аналоговой землей в одной точке.


Только не нашел в этой статье в какой точке лучше объединять земли?

Подскажите имеет ли смысл с точки зрения помехоустойчивости разделить аналоговую землю на 2 части: чистую (возле МК) и грязную (со стороны входов)?

Вот и разобрались, как фото увидели. Тут до идеальной экранировки далеко. Делать надо следующее. BNC разъемы пропустить через металлический корпус. Т.е. - токи по поверхности кабеля датчика не должны попадать в корпус. А тут они ходят как хотят. Да, возможно считалось что широкие провода - это гарантия, но - ошиблись немного, не получается. То же самое должно быть и с экраном кабеля на выходе прибора.
Еще одна вещь, бывает относительно дырявый экран USB кабеля. Если экран не плотный, заменить или сделать самому новый кабель. Суть вобщем-то в том, что поле помехи проникает под экран.

Как возможный дешевый выход из положения, можно попробовать между входными разъемами прибора (там их целый ряд) прикрутить винтом на корпус земляную фольгу платы. Бобышки вклепать там, вобщем кратчайшим путем на корпус. Хотя это до частоты 10..30 мгц поможет, а выше - врядли. Надо учесть что по USB2 частоты гуляют и бОльшие.

В общем-то, проблема разделения аналоговой и цифровой земель имеет довольно отдаленное отношение к проблеме устойчивости к наносекундным помехам. К счастью, каждая из этих проблем существует в своей области частот: разделение аналоговых и цифровых земель имеет смысл для низких частот, которые "видны" АЦП, а проблема наносекундных помех существует в гораздо более высокочастотной области. Поэтому керамические кондеры малой емкости, ферритовые бусины и низкоомные резисторы, не оказывая существенного влияния на низкочастотные аналоговые сигналы, могут радикально изменить путь, по которому проходят наносекундные помехи.

AlexKLm правильно говорит: лучше всего, если вам удастся заставить помехи бегать то экрану, не заходя на плату. Для этого надо, чтобы путь через плату им был затруднен, а путь по экрану - облегчен. Сейчас у них путь по экрану один: сойти на плату рядом с BNC разъемами, после чего пробежать по всей плате до USB разъема, сшибая все на своем пути. Надо обеспечить им прямую дорогу от BNC разъемов на экран USB кабеля.

Поставьте ферритовую бусину между локальной землей USB островка и корпусом USB разъема. И поставьте высоковольтный керамический кондер 100 пик, один конец - на корпус USB разъема, другой - на ваш экран. Теперь помехи с экрана через кондер напрямую убегут на оплетку USB кабеля, им незачем бyдет заходить к вам на плату.

Это правильно.

По поводу 2-х экранов (чисто для информации).
Если делают 2 экрана:
- медный для шунтирования по току (это электростатический экран)
- "железный" для шунтирования магнитного потока (а это магнитный экран).

Возможны варианты с 2-мя электростатическими экранами (это типа двойного презерватива).

и исчо маленькое замечание по разводке...разрядник присоединен к сигнальному проводу неправильно...сопелькой...а она индуктивность имеет и при разряде может не пропустьть импульс к разряднику...получится иголка...сигнальную дорожку веди к розряднику как можно ближе...может стоит поискать SMD
http://www.chip-dip.ru/product0/702414014.aspx типа такого
заземление на корпус авто надо просто прописать в порядке работы да и все...поставить клемму и крокодила хорошего...клемму возле BNC...и там организовать грязную землю

Если вы про газонаполненный разрядник, то не играет никакой рояли: он медленный, срабатывает за 1 мкс.

Но железный презерватив дб толстым,иначе от него никакого толку.

Всем спасибо за помощь.
Экран действительно не самый лучший – две половинки, нижняя припаивается в нескольких точках к аналоговой земле (ножкам BNC разъемов), а верхняя потом припаивается в 4-х точках к торцам боков нижней половинки.
Буду заказывать металлический корпус, что бы BNC разъемы действительно были внутри корпуса + добавлю, как советуете, кондер корпус – экран USB. Два экрана наверное не потяну, цену железа сильно задерет.

Кстати или не кстати,но входные цепи защищены зело нехорошо.Разрядник с временем срабатывания в миисекунды что есть что его совсем нет.Надо дополнить защиту или супрессорами или поискать и найти высокоскоростные стабилитроны или ограничители напряжения.Импульс через входную цепь может натворить много недобрых дел