الأجهزة

In differential capacitive accelerometers, the core design is a "sandwich" structure: a movable sensitive mass block in the middle (as a common electrode), and fixed electrodes on the upper and lower sides. When there is no acceleration, the mass block is located in the center, and the upper and lower capacitors are equal:  When the acceleration α acts along the sensitive axis direction, the inertial force   causes the mass block to produce displacement . At this time, the upper and lower capacitors become:        The design scheme usually uses a differential half bridge circuit to extract signals. The relationship between output voltage and capacitance difference is:     Substitute the above capacitance expression:     Therefore, a concise linear relationship is obtained:    Combined with the mechanical equilibrium equation  (where k is the stiffness of the elastic beam),  the final result is： The brilliance of this design scheme lies in the fact that the output is strictly proportional to the acceleration α, and the denominators and can be precisely controlled through photolithography accuracy, allowing for precise sensitivity design. Meanwhile, the differential structure eliminates common mode interference (such as temperature drift and power supply fluctuations), making it a very mature solution in engineering.

تُعد مستشعرات بوابة التدفق ومستشعرات تأثير هول المغناطيسية أجهزة تستخدم لقياس المجالات المغناطيسية، لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في المبدأ والأداء وسيناريوهات التطبيق. تعتمد مستشعرات بوابة التدفق على خصائص التمغنط غير الخطية لمواد القلب المغناطيسي. عند إثارة القلب المغناطيسي بتيار متردد عالي التردد، تتغير خصائص التشبع للقلب المغناطيسي عند وجود مجال مغناطيسي خارجي، مما ينتج عنه مُركّبة التوافقي الثاني للجهد المُستحث (المرتبطة بشدة المجال المغناطيسي الخارجي). تتطلب مستشعرات بوابة التدفق هياكل ملفات معقدة ودوائر معالجة إشارة (مثل المذبذبات ودوائر إزالة التضمين). أما مستشعرات تأثير هول، فتعتمد على تأثير هول. عند مرور تيار كهربائي عبر موصل أو شبه موصل، يُحدث مجال مغناطيسي عمودي على اتجاه التيار انحرافًا لحاملات الشحنة، مُولّدًا جهدًا عرضيًا (جهد هول). يتناسب جهد هول طرديًا مع شدة المجال المغناطيسي وقيمة التيار. تتميز مستشعرات تأثير هول ببنية بسيطة، تتكون عادةً من مواد شبه موصلة مثل زرنيخيد الغاليوم والسيليكون، وما إلى ذلك، ومُدمجة مع دوائر تكييف الإشارة. يتميز مستشعر بوابة التدفق المغناطيسي بحساسية عالية، حيث يمكنه رصد المجالات المغناطيسية الضعيفة للغاية (حتى مستوى النانوتسلا، nT)، وهو مناسب لقياس المجال المغناطيسي للأرض (حوالي 30-60 ميكروتسلا). أما مستشعرات تأثير هول، فتتميز بحساسية منخفضة، وتُستخدم عادةً لقياس المجالات المغناطيسية التي تتجاوز مستوى الميليتسلا (mT)، بينما تصل حساسية بعض النماذج عالية الحساسية إلى مستوى الميكروتسلا (μT). وتتأثر دقة هذه المستشعرات بشكل كبير بدرجة الحرارة، لذا يلزم وجود دائرة تعويض حراري لتحسين استقرارها. تتطلب مستشعرات بوابة التدفق إشارات إثارة عالية التردد ودوائر معقدة، مع استهلاك عالٍ للطاقة (عادةً في نطاق الميلي واط). وهي غير مناسبة للأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطاريات. أما مستشعرات تأثير هول، فتتميز باستهلاك منخفض للطاقة (في مستوى الميكرو واط)، وخاصةً الأنواع ذات المخرجات الرقمية (مثل مستشعرات هول ذات وضع التبديل). وهي مناسبة للتطبيقات منخفضة الطاقة مثل الهواتف المحمولة والأجهزة الذكية. لذا، من الضروري اختيار مستشعرات بوابة التدفق للكشف عن المجالات المغناطيسية الضعيفة (مثل الملاحة الجيومغناطيسية والأجهزة العلمية). أما مستشعرات تأثير هول، فتتطلب تكلفة منخفضة واستهلاكًا منخفضًا للطاقة واستجابة عالية التردد (مثل التحكم في المحركات والإلكترونيات الاستهلاكية).

يُعد نظام التعديل وإزالة التعديل الرقمي بالكامل ذو الحلقة المغلقة حاليًا التقنية السائدة في الجيروسكوبات الليفية البصرية التداخلية عالية الدقة (IFOGs). فهو يقوم بتعديل وإزالة تعديل الإشارات الضوئية في ظل ظروف الحلقة المغلقة من خلال دوائر رقمية، وبالتالي استخراج السرعة الزاوية الدورانية بدقة عالية. يظهر في الشكل أدناه مخطط نموذجي لنظام معالجة الإشارات الرقمية المغلقة بالكامل، مع التقنيات والتحسينات الرئيسية بما في ذلك تحسين عرض نطاق النظام، وقمع تشويه التعديل، وتنفيذ منصة الأجهزة.تحسين عرض نطاق النظاممن خلال اعتماد مخطط تعديل/إزالة تعديل التردد الثلاثي، يتم تقصير فترة أخذ العينات إلى ثلث مخطط التردد الأساسي، مما يزيد بشكل كبير من عرض نطاق النظام ويعوض بشكل أفضل عن إشارات الضوضاء عالية التردد، مما يحسن الأداء الديناميكي دون التأثير على الدقة الثابتة.كبح تشوه التعديلتعتمد هذه الطريقة على أسلوب إزالة التضمين بموجة مربعة نبضية ثنائية القطب، مما يُسهم بفعالية في إزالة أو كبح تأثير تشوه التضمين. وبالمقارنة مع طرق إزالة التضمين التقليدية، تُقلل هذه التقنية الخطأ النسبي في قياس السرعة الزاوية بمقدار عشرة أضعاف (من 1% إلى 0.1%)، وهو أمر بالغ الأهمية لتحسين دقة القياس واستقرار الجيروسكوبات ذات الحلقة المغلقة.تنفيذ منصة الأجهزةتعتمد أنظمة الحلقة المغلقة الرقمية بالكامل عادةً على منصات معالجة الإشارات الرقمية عالية الأداء. وبفضل قدرتها الفائقة على المعالجة المتوازية، وتكاملها العالي، ومرونتها الممتازة، أصبحت مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA) الخيار الأمثل. إذ يمكنها أداء جميع عمليات إزالة التضمين الرقمي، والتحكم المنطقي الزمني، والترشيح الرقمي، وحتى بعض وظائف المعالجة المسبقة. تُحقق آلية التضمين وإزالة التضمين الرقمية بالكامل ذات الحلقة المغلقة استخلاصًا خطيًا لإشارات FOG من خلال التشغيل التآزري لتحيز تضمين الطور، وإزالة تضمين الارتباط الرقمي، وتغذية طور الموجة المتدرجة. لا تُعد هذه الآلية أساسية لتحقيق دقة عالية ونطاق ديناميكي واسع في FOG فحسب، بل يجري تحسين قدرتها على التكيف في البيئات عالية الديناميكية ومستوى تكاملها باستمرار.

The PT100 resistance thermometer is constructed from pure platinum metal—hence its designation as a platinum resistance thermometer—and stands as the most widely utilized temperature sensor within the medium-to-low temperature range. Its primary characteristics include high measurement accuracy, excellent stability, high reliability, and a long service life. In contrast, thermocouples demonstrate superior performance in high-temperature environments, capable of measuring temperatures reaching as high as 2315°C. The temperature coefficient of platinum resistance is 3.9×10⁻³/°C; at 0°C, its resistance value is 100Ω, and its rate of resistance change is 0.3851Ω/°C. The circuitry typically employed to measure a resistance thermometer is an unbalanced bridge configuration. When the resistance thermometer serves as one of the bridge arms, its connecting lead wires effectively become an integral part of that bridge arm's resistance; since this additional resistance is unknown and fluctuates with ambient temperature, it introduces measurement errors. To eliminate the measurement errors caused by the resistance of these connecting lead wires, a three-wire connection method is commonly adopted.   Figure 1 illustrates a three-wire bridge-based sampling and measurement circuit driven by a constant voltage source. The three lead wires extending from the PT100 possess identical cross-sectional areas and lengths, ensuring that their respective lead resistances are equal—specifically, RX1 = RX2 = RX3. One of these wires (RX2) is connected to the bridge's common reference terminal—specifically, the ground terminal—while the remaining two wires (RX1 and RX3) are connected to the bridge arm containing the platinum resistance and the adjacent reference resistance arm, respectively. Through this specific connection scheme, the bridge circuit is able to maintain a balanced state, thereby effectively eliminating the measurement errors attributable to the resistance of the lead wires. In Figure 1 above, resistors R2, R3, and R4, together with the external PT100, form a Wheatstone bridge. The ADC needs only to sample the voltage output of the bridge to calculate the corresponding resistance value of the PT100, thereby deducing the temperature. Under the assumption that lead resistance RX1 equals RX3, the measurement errors introduced by the lead resistances can be effectively cancelled out. The approximate formulas for VT+ and VT- are as follows: VTP = VPT100 + VRX1 + VRX2 VTN = VR4 + VRX3 + VRX2 The voltage difference between points VTP and VTN is: VTP - VTN ≈ VPT100 - VR4 As can be seen, this voltage difference value is independent of the lead resistances; the final voltage difference value can be derived using the following equation: The resistance value of the PT100 can be obtained from the differential pressure value in the above equation.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا الأتمتة الصناعية، تلعب مقاييس التسارع، باعتبارها مكونات أساسية، دورًا حاسمًا في مختلف المعدات الآلية. ولضمان دقة وموثوقية نتائج القياس، من الضروري اختيار مقياس التسارع الأنسب للتطبيق المحدد. وفيما يلي أهم الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند الاختيار: أولاً: فهم المبادئ الأساسية لمقاييس التسارعمقياس التسارع هو جهاز استشعار يقيس تسارع جسم ما. ويعتمد مبدأ عمله بشكل أساسي على رصد التغيرات في كتلة الجسم أو إزاحته أو إجهاده أثناء التسارع. في مجال الأتمتة الصناعية، يمكن استخدام مقاييس التسارع لمراقبة الكميات الفيزيائية مثل الاهتزاز والميل والصدمات، مما يتيح مراقبة حالة المعدات في الوقت الفعلي. ثانيًا: تحديد نطاق قياس مقياس التسارععند اختيار مقياس التسارع، تتمثل الخطوة الأولى في تحديد نطاق قياسه. يشير نطاق القياس إلى أقصى قيمة تسارع يمكن للمستشعر قياسها. بناءً على متطلبات التطبيق الفعلي، اختر نطاق قياس مناسبًا لتجنب تلف المستشعر نتيجة نطاق ضيق جدًا، أو عدم دقة القياس نتيجة نطاق واسع جدًا. ثالثًا: التركيز على دقة ووضوح مقياس التسارعتُعدّ الدقة والوضوح مؤشرين هامين لتقييم أداء مقياس التسارع. تشير الدقة إلى الانحراف بين قيمة خرج المستشعر والقيمة الفعلية، بينما يشير الوضوح إلى الحد الأدنى للتغير في إشارة خرج المستشعر. في مجال الأتمتة الصناعية، تُعدّ مقاييس التسارع عالية الدقة والوضوح الأنسب لتلبية متطلبات المراقبة الدقيقة لحالة المعدات. رابعًا: ضع في اعتبارك تردد استجابة مقياس التسارعيشير تردد الاستجابة إلى معدل تغير إشارة الخرج لمقياس التسارع عند تعرضه لتغير في التسارع. اختر مقياس تسارع بتردد استجابة مناسب بناءً على سيناريوهات التطبيق المختلفة. تتميز المستشعرات ذات ترددات الاستجابة العالية بقدرتها على رصد تغيرات التسارع بسرعة أكبر، وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب استجابة فورية عالية. خامساً: اختيار طريقة التركيب المناسبةعند اختيار جهاز استشعار، اختر طريقة التثبيت المناسبة بناءً على سيناريو التطبيق الفعلي وهيكل المعدات لضمان تشغيل جهاز الاستشعار بشكل مستقر وموثوق. سادساً: اختيار طريقة إخراج الإشارة المناسبةاختر بين واجهات الإخراج الرقمية والتناظرية بناءً على خصائص التطبيق. تشمل واجهات الإخراج الرقمية عادةً مخارج RS232 وRS485/RS422 وCAN وTTL، بينما تشمل واجهات الإخراج التناظرية عادةً مخارج الجهد والتيار. سابعاً: مراعاة القدرة على التكيف مع البيئةبيئة الأتمتة الصناعية معقدة، ولذا يجب أن تتمتع مقاييس التسارع بقدرة عالية على التكيف مع الظروف البيئية. عند اختيار المستشعر، من المهم مراعاة خصائصه المقاومة للماء والغبار والتآكل، بالإضافة إلى نطاق درجة حرارة التشغيل، لضمان استمرار عمله بكفاءة في البيئات القاسية.

في دائرة إعادة الضبط الخاصة بـ STM32 الموضحة في الشكل 1، يتم عادةً توصيل ثنائي تبديل بالتوازي مع طرف المقاومة في دائرة إعادة الضبط RC. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا الثنائي في تسريع تفريغ شحنة المكثف.الشكل 1: دائرة إعادة ضبط STM32الشكل 2: مسار تفريغ دائرة إعادة ضبط STM32في دائرة إعادة الضبط RC، يُعدّ الصمام الثنائي للتفريغ عنصرًا أساسيًا، ووظيفته الرئيسية هي التفريغ السريع. عند انقطاع التيار الكهربائي أو حدوث انقطاع مؤقت بسبب التداخل، يجب تفريغ الشحنة المخزنة في المكثف عبر مسار ما لضمان إعادة الضبط بشكل صحيح عند إعادة تشغيل الطاقة. بدون الصمام الثنائي، عندما تكون نبضة التداخل الناتجة عن انقطاع التيار الكهربائي قصيرة، يُفرغ المكثف عبر المقاوم R1، ذي المقاومة العالية، مما يؤدي إلى بطء سرعة التفريغ. لا تستطيع دائرة RC التفريغ الكامل لحظة انقطاع التيار الكهربائي، ولا يمكن للنظام إعادة الضبط تلقائيًا عند استعادة الطاقة. يمكن أن يتسبب التداخل الناتج عن انقطاع التيار الكهربائي المؤقت في توقف البرنامج عن العمل بشكل طبيعي، مما يؤدي إلى سلوك غير منتظم للبرنامج أو دخوله في حلقة لا نهائية. يوفر إضافة الصمام الثنائي مسارًا سريعًا لتفريغ المكثف. نظرًا لانخفاض مقاومة الصمام الثنائي في حالة التشغيل، كما هو موضح في مسار تفريغ دائرة إعادة الضبط STM32 في الشكل 2، تُفرغ الشحنة في المكثف C1 بسرعة عبر الصمام الثنائي D1، مما يضمن استقرار وموثوقية دائرة إعادة الضبط. عند انقطاع التيار الكهربائي، يفرغ المكثف شحنته بسرعة إلى الأرض عبر الصمام الثنائي. وعند عودة التيار، يكون المكثف قد فرّغ شحنته بالكامل، ويمكنه البدء فورًا بعملية الشحن، مما يؤدي إلى إعادة ضبط الدائرة. تضمن عملية التفريغ السريع هذه عودة دائرة إعادة الضبط إلى حالتها الأولية بسرعة بعد انقطاع التيار الكهربائي أو خلل في مصدر الطاقة.

يشير تموج مصدر الطاقة إلى مُكوّن التيار المتردد الدوري الذي يظهر عند مخرج مصدر طاقة التيار المستمر. ويُعبَّر عن سعته عادةً بقيم الذروة إلى الذروة أو الذروة إلى القاع، كما هو موضح في الشكل 1. وينتج تموج مصدر الطاقة بشكل رئيسي عن عيوب في شكل الموجة أثناء تحويل الطاقة، مثل تغيرات الجهد الناتجة عن تشغيل وإيقاف ترانزستورات التبديل أثناء تشغيل مصدر طاقة التبديل. ويمكن أن يؤثر تموج مصدر الطاقة على التشغيل الطبيعي للأجهزة، وخاصةً الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والدوائر التناظرية التي تتطلب مصادر طاقة مستقرة.الشكل 1. تموجات وضوضاء مصدر الطاقةيُعدّ كبح وتقليل تموجات التيار الكهربائي إلى نطاق معقول أحد الأهداف الرئيسية في تصميم دوائر إمداد الطاقة. لذا، يُعدّ إتقان طرق اختبار تموجات التيار الكهربائي الصحيحة أمرًا بالغ الأهمية لتصحيح أخطاء إمداد الطاقة وتحسين تصميم التموجات لاحقًا. يُستخدم راسم الإشارة عادةً لقياس تموجات التيار الكهربائي. ومن خلال ضبط شروط التشغيل ونطاقات القياس المناسبة، تتم مراقبة وتسجيل شكل الموجة وسعة التموج. علاوة على ذلك، يمكن استخدام أدوات ومعدات أخرى، مثل جهاز اختبار معامل التموج، لتحليل خصائص التموج وتحديدها كميًا.  لضمان الحصول على شكل موجة تموج حقيقي وموثوق، ينبغي مراعاة النقاط التالية عند قياس تموج جهد الخرج باستخدام راسم الإشارة. يوضح الشكل 2 الطريقة الصحيحة.1. حدد وضع اقتران التيار المتردد على جهاز راسم الإشارة؛2. لضمان نسبة الإشارة إلى الضوضاء، حدد X1 لتخفيف المسبار أثناء اختبار تموج مصدر الطاقة؛3. اضبط حد عرض النطاق الترددي على 20 ميجاهرتز لتجنب تأثير الضوضاء عالية التردد على قياس التموج؛4. تقليل حلقات التأريض؛ يوصى باستخدام حلقة تأريض زنبركية كما هو موضح على الجانب الأيمن من الشكل 2؛5. ضع المسبار بالقرب من جانبي المكثف؛6. تجنب اختبار أشكال الموجات في نقاط أخرى باستخدام قنوات راسم الإشارة الأخرى في نفس الوقت. إن استخدام طرق القياس الصحيحة الموضحة أعلاه سيسمح لك بملاحظة شكل موجة تموج مشابه للشكل الموضح أدناه.الشكل 3: شكل موجة التموج

يتكون كابل الزوج المجدول من سلكين معزولين ملتويين معًا، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لنقل الإشارات التفاضلية. وبالمقارنة مع الأسلاك المتوازية، فإنه يُقلل التداخل بشكل أكثر فعالية. وتتجلى خصائص كابل الزوج المجدول في الجانبين التاليين: 1. إزالة الاقتران السعويبالمقارنة مع الأسلاك المتوازية، فإن قيم سعة الاقتران لكل سلك في كابل الزوج الملتوي مع مصدر التداخل أو الأرض تكون أقرب، مما يؤدي إلى مقاومة أكثر توازنا، كما هو موضح في الشكل 1.الشكل 1نظرًا لأن الأسلاك المجدولة ملفوفة بإحكام، فإن سعة الاقتران بين السلكين ومصدر الضوضاء، ومعاوقة الأرض، متطابقة تقريبًا. وبالتالي، فإن تيار التداخل المتدفق من مصدر الضوضاء إلى خطي الإشارة متطابق تقريبًا، ويبقى الفرق بين خطي الإشارة ثابتًا. يتحول التيار الناتج عن سعة الاقتران إلى تداخل الوضع المشترك. وكما هو موضح في الشكل 2، فإن C1=C2 وZ1=Z2، لذا فإن التيار المتدفق إلى C1 وC2 من مصدر التداخل متساوٍ، مما يعني أن الجهدين المتولدين على الخطين 1 و2 متساويان، وبالتالي Vn=0. ولأن طريقة نقل الإشارة التفاضلية تتمتع بقدرة ممتازة على رفض الوضع المشترك، يمكن التخلص من تأثيرات الاقتران السعوي.الشكل 22. القضاء على الاقتران الحثيفي حال استخدام خطوط متوازية، يشكل خطا الإشارة حلقة ضيقة جدًا، مما يؤدي إلى التقاط تداخل المجال المغناطيسي من البيئة المحيطة. أما في كابل الأزواج الملتوية، فيتم لف موصلي خط النقل على فترات ثابتة، مما يؤدي إلى انعكاس اتجاه القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن المجال المغناطيسي عند كل "حلقة صغيرة" متجاورة، وبالتالي إلغائها تدريجيًا. من منظور الدائرة الكهربائية، يكون الحث المتبادل عند كل "حلقة صغيرة" متجاورة معاكسًا لمصدر التشويش، ويصبح الحث المتبادل الكلي للموصلين صفرًا. كما هو موضح في الشكل 3، عندما تتعرض الخطوط المتوازية لتداخل مجال مغناطيسي خارجي، لا يمكن للتيارات المستحثة في الموصلين إلغاء بعضها البعض، مما ينتج عنه جهد مستحث كبير يؤثر على نقل الإشارة. في المقابل، يؤدي تصميم كابل الأزواج الملتوية إلى إلغاء التيارات المستحثة في الموصلين، مما يمنع توليد أي جهد مستحث.في تطبيقات الإرسال التفاضلي، تُسهم كابلات الأزواج الملتوية في التخلص من التداخل السعوي والحثي مع مصادر التداخل الخارجية. ولذلك، تُستخدم هذه الكابلات على نطاق واسع في تطبيقات نقل الإشارات التفاضلية مثل CAN وRS-485.

يُعرف تموج التيار الكهربائي، أو ببساطة التموج، بأنه التذبذب الدوري للجهد أو التيار في مصدر الطاقة. ويُشكل هذا التذبذب تهديدًا محتملاً لاستقرار تشغيل الأجهزة الكهربائية. إذ يُمكن أن يُؤدي التموج المفرط في مصدر الطاقة إلى تقليل كفاءة تحويل الطاقة في النظام، وزيادة توليد الحرارة، وفي الحالات الشديدة، إلى عدم استقرار النظام أو حتى تلف الرقاقة الإلكترونية. لذلك، عند تصميم دائرة خفض الجهد (BUCK)، يجب اتخاذ تدابير لتقليل تموج التيار الكهربائي لضمان استقرار النظام.فيما يلي بعض الطرق الشائعة لتقليل تموج مصدر الطاقة في محول BUCK:قم بزيادة الحث ومكثف الخرج لأغراض الترشيح.وفقًا لمعادلة مصادر الطاقة التبديلية، يتناسب مقدار تذبذب التيار داخل المحث عكسيًا مع قيمة الحث، ويتناسب تموج الخرج عكسيًا مع قيمة سعة الخرج. لذا، فإن زيادة قيمتي الحث وسعة الخرج يمكن أن تقلل من التموج.الشكل 1: تيار المحثيوضح الشكل 1 أعلاه شكل موجة التيار داخل المحث L لمصدر طاقة تبديلي. يمكن حساب تيار التموج ΔI باستخدام الصيغة التالية. بناءً على توازن الفولت-ثانية ومعاملات أخرى، يتضح أن زيادة قيمة المحث L أو زيادة تردد التبديل يقلل من تذبذب التيار داخل المحث. وبالمثل، فإن العلاقة بين تموج الخرج وسعة الخرج هي: Vripple = Imax/(Co × fsw). يتضح أن زيادة قيمة سعة الخرج تقلل من التموج. تُستخدم عادةً مكثفات الألومنيوم الإلكتروليتية كمكثف خرج لتحقيق سعة كبيرة. مع ذلك، لا تُعدّ المكثفات الإلكتروليتية فعّالة جدًا في كبح الضوضاء عالية التردد، كما أن مقاومتها الداخلية المكافئة (ESR) عالية نسبيًا. لذا، يُوصل مكثف خزفي بالتوازي معها لتعويض أوجه القصور في مكثفات الألومنيوم الإلكتروليتية. عند تشغيل مصدر طاقة تبديلي، يظل جهد الدخل (Vin) ثابتًا، بينما يتغير التيار بتغير وضع المفتاح. عند بدء تشغيل مصدر الطاقة أو عند تغير الحمل فجأة، يلزم وجود مكثف دخل كمخزون طاقة مؤقت لتعويض الانخفاض اللحظي في جهد الدخل. عادةً، يُوصل مكثف بالتوازي بالقرب من طرف دخل التيار (بالقرب من المفتاح في محول باك) لتوفير التيار. كما يعمل مكثف الدخل على كبح التموج والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) من مصدر الطاقة السابق. بعد اعتماد الحل المذكور أعلاه، يظهر مصدر الطاقة ذو التبديل من نوع BUCK في الشكل أدناه:الشكل 2: طوبولوجيا BUCKإن الطريقة المذكورة أعلاه لها تأثير محدود على تقليل التموج. فبسبب قيود الحجم، لا يمكن تصنيع ملف الحث بحجم كبير جدًا؛ كما أن زيادة سعة مكثف الخرج إلى حد معين ليس لها تأثير يُذكر على تقليل التموج؛ وزيادة تردد التبديل ستزيد من خسائر التبديل.تتضمن عملية الترشيح في المرحلة الثانية إضافة مرشح LC آخرتُعدّ مرشحات LC فعّالة في كبح الضوضاء والتموج. باختيار المحاثات والمكثفات المناسبة لتصميم دائرة المرشح بناءً على تردد التموج المراد إزالته، يمكن تقليل التموج بشكل ملحوظ. مع ذلك، في هذه الحالة، يجب مراعاة نقطة أخذ العينات لجهد مقارنة التغذية الراجعة.الشكل 3سيؤدي اختيار نقطة أخذ العينات قبل مرشح LC (Pa) إلى انخفاض في جهد الخرج. ويعود ذلك إلى أن أي محث له مقاومة تيار مستمر، وعند مرور تيار كهربائي، يحدث انخفاض في الجهد عبر المحث، مما يؤدي إلى انخفاض جهد خرج وحدة التغذية. علاوة على ذلك، يتغير هذا الانخفاض في الجهد بتغير تيار الخرج. أما اختيار نقطة أخذ العينات بعد مرشح LC (Pb) فسيؤدي إلى الحصول على جهد الخرج المطلوب. مع ذلك، يُدخل هذا محثًا ومكثفًا إلى نظام التغذية، مما قد يؤثر على استقرار الدائرة.بعد مخرج طاقة BUCK، قم بتوصيل مرشح LDOيُعدّ مزيج BUCK+LDO الأكثر شيوعًا، وهو الطريقة الأكثر فعالية لتقليل التموج والضوضاء. فهو يوفر جهد خرج ثابتًا دون الحاجة إلى تغييرات في نظام التغذية الراجعة الأصلي، ولكنه يُقلل أيضًا من كفاءة نظام إمداد الطاقة بشكل عام، كما أنه الأكثر تكلفة. يُعدّ PSRR (نسبة رفض إمداد الطاقة) مقياسًا رئيسيًا لمنظمات الجهد الخطي المنخفض (LDO)، حيث يُحدد مدى انتقال التغيرات في مدخل الطاقة إلى الخرج. بعد مرور الجهد عبر منظم الجهد الخطي المنخفض، يكون تموج التبديل عادةً أقل من 10 مللي فولت.يُعد تصميم لوحة الدوائر المطبوعة لمصدر الطاقة ذي التبديل أمرًا بالغ الأهمية لتقليل التموج. فوضع المكونات بشكل غير صحيح، أو التأريض غير المناسب، أو وجود مسارات حرجة بالقرب من المنطقة الحساسة للتبديل، قد يؤدي إلى زيادة التموج والضوضاء عالية التردد.

المقاومة الصفرية، والمعروفة أيضًا بمقاومة التوصيل، هي مقاومة ذات غرض خاص. لا تمتلك المقاومة الصفرية مقاومة صفرية فعليًا، بل هي مقاومة ذات قيمة مقاومة صغيرة جدًا. ولأنها تمتلك قيمة مقاومة، فإنها تتمتع بنفس مواصفات التفاوت والدقة التي تتمتع بها المقاومات السطحية العادية. في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة، عندما يتعذر توصيل نقطتين باستخدام الدوائر المطبوعة، يُستخدم غالبًا وصلة توصيل على الجانب الأمامي. وهذا شائع في اللوحات العادية. ولضمان الأداء السليم لآلات الانتقاء والوضع الآلية وآلات الإدخال الآلية، تُستخدم المقاومات الصفرية بدلًا من وصلات التوصيل. تتمثل وظائف المقاومة الصفرية (0 أوم) فيما يلي: 1. ليس لها وظيفة في الدائرة؛ فهي تستخدم فقط على لوحة الدوائر المطبوعة لتسهيل عملية تصحيح الأخطاء أو لضمان توافق التصميم. 2. يمكن استخدامه كوصلة لتجنب التداخل عالي التردد الناتج عن دبابيس التوصيل (التي تعمل كهوائي). 3. عندما تكون معلمات دائرة المطابقة غير مؤكدة، يمكن استخدام مقاومة صفرية كبديل. أثناء عملية تصحيح الأخطاء الفعلية، يتم تحديد المعلمات، ثم يتم استخدام مكون ذي قيمة محددة كبديل. 4. المقاومة الصفرية هي في الواقع مقاومة صغيرة جدًا. عند الرغبة في قياس استهلاك التيار لجزء معين من الدائرة، يتم توصيل مقاومة صفرية بجهاز أميتر. هذا يجعل قياس استهلاك التيار سهلًا، ويمكن استخدامه لقياس التيارات العالية. 5. عند التوجيه، إذا كان من المستحيل توجيه الدائرة، يمكن إضافة مقاومة 0 أوم كوصلة. 6. في ظل إشارات التردد العالي، يمكن أن يعمل كمحث أو مكثف (بحسب خصائص الدائرة الخارجية). تُستخدم المحثات بشكل أساسي لحل مشاكل التوافق الكهرومغناطيسي، مثل تلك التي تحدث بين الأرض والأرض، وبين مصدر الطاقة ونقاط توصيل الدوائر المتكاملة. 7. التأريض أحادي النقطة، مما يعني أن التأريض الوقائي، والتأريض التشغيلي، والتأريض المستمر يتم فصلها على المعدات، ليصبح كل منها نظامًا مستقلاً. 8. لحماية الدائرة، يمكن أن يعمل كصمام منخفض التكلفة. ٩. يُستخدم في حلقات التيار عند التوصيل. عند فصل مستوى الأرض، ينقطع أقصر مسار عودة للإشارات. عندها، يجب أن ينحرف مسار حلقة الإشارة، مما يُنشئ مساحة حلقة كبيرة. هذا يُعزز تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية، مما يُسهل التداخل معها أو التعرض للتداخل. توصيل مقاومة صفرية (٠ أوم) عبر منطقة الفصل يُوفر مسار عودة أقصر ويُقلل التداخل. ١٠. في الدوائر ذات الإشارات المختلطة، مثل الدوائر الرقمية والتناظرية، غالباً ما يكون من الضروري فصل الأرضيين وتوصيلهما في نقطة واحدة. يمكننا استخدام مقاومة صفرية (0 أوم) لتوصيل هذين الأرضيين بدلاً من توصيلهما مباشرةً. 11. في تصميم الدوائر، يُنصح عمومًا بتجنب استخدام الوصلات ومفاتيح DIP في المنتجات. فقد يقوم المستخدمون أحيانًا بتغيير الإعدادات، مما قد يؤدي بسهولة إلى سوء فهم. ولتقليل تكاليف الصيانة، يُفضل لحام مقاومات صفرية على اللوحة بدلًا من الوصلات.

في البيئات الصناعية، ولتوفير تكاليف الكابلات، يُستخدم نظام ثنائي الأسلاك بتيار 4-20 مللي أمبير بشكل شائع. يستخدم هذا النظام سلكين لتزويد مستشعر/مرسل المجال بالطاقة ونقل الإشارة التناظرية في آنٍ واحد. من المعروف أن دائرة المستشعر/المرسل تتطلب مقدارًا معينًا من التيار للتشغيل؛ لذا، يجب أن يكون تصميم الدائرة المستخدمة في هذه الطريقة منخفض الطاقة. يضمن تيار نقطة الصفر البالغ 4 مللي أمبير بدء تشغيل الجهاز وعمله بشكل طبيعي. يتم نقل الإشارة التناظرية عن طريق ضبط دائرة مصدر تيار ثابت ديناميكيًا لضمان بقاء إجمالي التيار في الدائرة ضمن نطاق 4 مللي أمبير إلى 20 مللي أمبير.الشكل 1. دائرة تنظيم التيار والجهد الثابتينالشكل 2. مخطط البنية الداخلية لـ LM317يوضح الشكل 1 دائرة منظم تيار ثابت مبنية باستخدام BL317، وهي دائرة مصدر تيار ثابت منخفضة الطاقة تتحكم بدقة في تيار الخرج عند 3.8 مللي أمبير. تضمن الدائرة ثبات التيار المتدفق إلى U1 عند 3.8 مللي أمبير، مما يمنع تذبذب التيار مع تغيرات الحمل المتصل. كما هو موضح في مخطط البنية الداخلية لـ LM317 في الشكل 2، يظل الجهد بين Vout و ADJ مستقرًا عند حوالي 1.25 فولت أثناء التشغيل العادي، وبالتالي يظل التيار I1 المار عبر المقاوم R1 ثابتًا أيضًا. يُشار إلى اتجاه التيار بالأسهم، ومنها يمكن استنتاج العلاقة التالية: I2 = I1 + Iصفةحيث أناصفة تبلغ قيمة التيار I2 50 ميكرو أمبير ويمكن إهمالها. لذلك، فإن I2 تساوي تقريبًا I1، أي I2 ≈ I1 = 1.25 فولت / 330 أوم = 3.8 مللي أمبير.تستخدم المرحلة التالية من الدائرة الموضحة في الشكل 1 ثنائي الجهد المرجعي منخفض الطاقة LM385-2.5 لتوفير مصدر طاقة منظم بقيمة 2.5 فولت للنظام منخفض الطاقة. يعمل LM385-2.5 ضمن نطاق تيار يتراوح بين 20 ميكرو أمبير و20 مللي أمبير، ويتميز بمقاومة ديناميكية منخفضة للغاية وثبات حراري ممتاز. كما تستفيد الدائرة بذكاء من خصائص مصدر الجهد المرجعي الدقيق TL431 عن طريق توصيل طرف المرجع 1 وطرف الكاثود 2 في TL431 على التوالي مع الدائرة. في هذا التكوين، يكون انخفاض الجهد بين المصعد والمهبط في TL431 هو 2.5 فولت، مما يضمن أن يكون جهد الخرج عند مصدر التيار الثابت I2 هو 5 فولت. يمكن لهذا الجهد توفير الطاقة لدائرة معالجة الإشارة.

نعلم أن تحسين قدرة أنظمة الاتصالات على مقاومة التداخل يعتمد على استخدام تقنية نقل الإشارات التفاضلية في واجهات RS485 وCAN bus وUSB وEthernet. وتختلف هذه التقنية عن أسلوب خط الإشارة الأحادي التقليدي، حيث تُنقل الإشارات عبر خطين، لكل منهما سعة متساوية ولكن طور متعاكس. تُسمى الإشارات المنقولة على هذين الخطين بالإشارات التفاضلية. تستخدم الإشارة التفاضلية قيمة عددية لتمثيل الفرق بين كميتين فيزيائيتين. وتُعرف الإشارات التفاضلية أيضًا بإشارات الوضع التفاضلي، تمييزًا لها عن إشارات الوضع المشترك. يوضح الشكل 1 أشكال موجات الإرسال للإشارات التفاضلية V+ وV- على خطوط الإشارة، بالإضافة إلى أشكال موجات تحليل البيانات عند طرف الاستقبال.الشكل 1. شكل موجة الإشارة التفاضليةعند استخدام الإشارات التفاضلية للإرسال، على الرغم من أنها تزيد من تعقيد أي دوائر واجهة ذات صلة، إلا أنها توفر المزايا الثلاث التالية:١. نظرًا لأنك تتحكم في جهد "المرجع"، يُمكن التعرف بسهولة على الإشارات الصغيرة. في نظام إشارة أحادي الطرف يستخدم الأرض كمرجع، تعتمد دقة الإشارة المقاسة على ثبات "الأرض" داخل النظام. كلما زادت المسافة بين مصدر الإشارة والمستقبل، زادت احتمالية وجود اختلافات في قيم جهد الأرض المحلي. قيمة الإشارة المستعادة من إشارة تفاضلية مستقلة إلى حد كبير عن القيمة الدقيقة لجهد الأرض.٢. يتميز هذا النوع من الإشارات بمناعة عالية ضد التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي. يؤثر مصدر التداخل على طرفي زوج الإشارة التفاضلية بنفس القدر تقريبًا. وبما أن فرق الجهد هو الذي يحدد قيمة الإشارة، فسيتم تجاهل أي تداخل مماثل يظهر على كلا الموصلين. إضافةً إلى كونها أقل حساسية للتداخل، تولد الإشارات التفاضلية تداخلًا كهرومغناطيسيًا أقل من الإشارات أحادية الطرف.3. في نظام التغذية الأحادي، يمكنه التعامل بسهولة ودقة مع الإشارات ثنائية القطب. للتعامل مع هذه الإشارات في نظام أحادي الطرف والتغذية الأحادي، يجب إنشاء أرضية افتراضية عند جهد معين بين الأرض وخط التغذية (عادةً نقطة المنتصف). تمثل الجهود الأعلى من الأرضية الافتراضية إشارات موجبة، بينما تمثل الجهود الأقل منها إشارات سالبة. بعد ذلك، يجب توزيع الأرضية الافتراضية بشكل صحيح في جميع أنحاء النظام. مع الإشارات التفاضلية، لا حاجة لهذه الأرضية الافتراضية، مما يسمح بمعالجة ونقل الإشارات ثنائية القطب بدقة عالية دون الاعتماد على استقرارها.