CN109992434A - 一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于EtherCAT总线技术领域，提供了一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，该方法包括以下步骤：检测干扰信号的频率，确定干扰源；根据所述干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围，以及根据所述干扰信号频率的种类确定电容器的个数；选择数量为所述个数以及容值处于所述容值范围内的电容器并联后放置于所述干扰源的预设距离阈值处。本发明无需增大干扰源和信号线之间的距离，且占用空间小，对总线系统硬件结构的适应性强，实施方便。

Description

一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法
技术领域
本发明属于EtherCAT总线技术领域，尤其涉及一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法。
背景技术
目前，由于以太网控制自动化技术(Ethernet for Control AutomationTechnology，EtherCAT)总线通信信号的传输速率明显高于传统通信方式(如RS232通信、RS485通信和CAN通信等)，刷新时间短，同步性能好，因此EtherCAT总线大量使用于机器人舵机系统中，可使机器人关节更快速依据用户的控制做出响应，从而使得机器人的控制更加精细。而EtherCAT总线通信过程中速率很快，容易受到干扰，造成系统无法正常工作，因此需要对其进行干扰信号滤除。
常用电子电路设计中，一般采用的方法是将EtherCAT总线通信信号线与干扰源的距离加大。然而，实际应用中，许多系统的设计在硬件结构上限制较多，无法进一步调整加大EtherCAT总线通信信号线与干扰源的距离。
因此，传统的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法存在需要加大EtherCAT总线通信信号线与干扰源的距离，在硬件结构上限制较多，以致难以实施的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，旨在解决传统的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法中存在需要加大EtherCAT总线通信信号线与干扰源的距离，在系统硬件结构上限制较多，以致难以实施的问题。
本发明提供了一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，包括以下步骤：
检测干扰信号的频率，确定干扰源；
根据所述干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围，以及根据所述干扰信号频率的种类确定电容器的个数；
选择数量为所述个数以及容值处于所述容值范围内的电容器并联后放置于所述干扰源的预设距离阈值处。
优选地，所述检测干扰信号的频率的步骤包括：
采用一示波器接入所述EtherCAT总线的通信信号线。
优选地，所述确定干扰源的步骤包括：
去除所述EtherCAT总线上的一个子电路，并判断去除所述子电路后的所述EtherCAT总线的通信信号线是否存在所述干扰信号；
若是，则选择下一个子电路重新进行判断；若否，则确定所述子电路为所述干扰源。
优选地，所述确定干扰源的步骤包括：
对所述EtherCAT总线上的一个子电路进行等效输出，控制所述EtherCAT总线上剩余电路停止工作，采用干扰测试仪检测所述子电路的干扰信号；
若检测出的干扰信号与所述EtherCAT总线通信信号线上的干扰信号一致，则确定所述子电路为干扰源，否则选择下一个子电路重新进行检测。
优选地，所述根据所述干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围的步骤包括：
根据公式
计算出来的所述电容器的谐振频率包含于所述干扰信号的频率范围内，以此确定所述电容器的参数，所述参数包括电容值和等效串联电感；其中，fR为所述电容器的谐振频率，LS为所述电容器的等效串联电感，C为所述电容器的容值。
优选地，所述方法还包括步骤：
采用电路仿真工具验证选择的所述电容器的容值。
本发明提供了一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，通过在EtherCAT总线干扰源附近设置一个谐振频率与干扰信号频率一致的电容组以滤除干扰信号，无需加大干扰源与信号线之间的距离，且占用空间小，对总线系统硬件结构的适应性更强，实施方便。
附图说明
图1是本发明实施例提供的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的确定干扰源的方法一的步骤流程图；
图3是本发明实施例提供的确定干扰源的方法二的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
上述一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，根据所述干扰信号频率的种类和干扰信号的能量确定电容器的个数,确保干扰源的干扰信号可得到明显的滤除且保证有效信号的完整性，其为应用于EtherCAT总线通信质量受到干扰，系统无法正常工作时的一种解决方案。该方法针对其他存在敏感易受干扰信号的系统同样适用，如RS232通信、高频数字量输入、高频数字量输出等。同时，该方法也可作为产品EMC测试认证过程中出现干扰时的一种有效解决方式。
图1示出了本发明实施例提供的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法的步骤流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
上述一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，包括以下步骤：
S100，检测干扰信号的频率，确定干扰源；
S110，根据干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围，以及根据干扰信号频率的种类确定电容器的个数；
S120，选择数量为该个数以及容值处于容值范围内的电容器并联后放置于干扰源的预设距离阈值处；
S130，采用电路仿真工具验证选择的电容器容值。
其中，检测干扰信号的频率的步骤包括：采用一示波器接入EtherCAT总线的通信信号线。
本实施例提供了两种确定干扰源的方法，图2示出了本实施例提供的确定干扰源的方法一的步骤流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
上述确定干扰源，具体包括以下步骤：
S200，去除EtherCAT总线上的一个子电路，并判断去除子电路后的EtherCAT总线的通信信号线是否存在干扰信号；
S210，若是，则选择下一个子电路重新进行判断；若否，则确定该子电路为干扰源。
图3示出了本实施例提供的确定干扰源的方法二的步骤流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
上述确定干扰源，具体包括以下步骤：
S300，单独对EtherCAT总线上的一个子电路进行等效输出，控制EtherCAT总线上剩余电路停止工作，采用干扰测试仪检测子电路的干扰信号；
S310，若检测出的干扰信号与EtherCAT总线通信信号线上的干扰信号一致，则确定该子电路为干扰源，否则选择下一个子电路重新进行检测。
根据公式
其中，ZC为电容器的等效阻抗，fR为电容器的谐振频率，RS为电容器的等效串联电阻，LS为所述电容器的等效串联电感，C为电容器的容值；
可知，电容器的等效阻抗ZC随着谐振频率fR的增大先减小后增大，等效阻抗ZC的最小值为谐振频率处的等效电阻。
根据公式P＝U2/RS，其中P为干扰信号的功率，U为干扰信号的电压；
可知，当干扰信号的电压U一定时，电容器的等效阻抗RS越小，功率P越大，干扰信号的功率P越大，即干扰信号的能量消耗得越快，从而可以较好的滤除干扰信号；因此，当干扰信号的频率等于所选电容器的谐振频率时，干扰信号及其产生的谐波可得到较好的滤除。
作为本发明一实施例，根据干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围的步骤包括：
根据公式
得出计算出来的电容器的谐振频率包含于干扰信号的频率范围的电容器的容值范围内，以此确定所述电容器参数，所述参数(包括容值、等效串联电阻、等效串联电感等)；
其中，fR为所述电容器的谐振频率，LS为所述电容器的等效串联阻抗，C为电容器的容值。每个电容器的寄生参数包括：电容器的等效串联电阻(Equivalent SeriesResistance，ESR)和电容器的等效串联电感(Equivalent Series Inductance，ESL)。根据电容器的特性，电容器的等效阻抗随着频率的增大先减小后增大，等效阻抗最小值发生在串联谐振频率处，在谐振频率处，电容器的等效阻抗等于ESR，此时，对应频率的干扰信号可很好得以消耗(P＝U*U/R)。由此，由各种频率的干扰信号，由电容器规格书计算出所述电容器的谐振频率fR确认该电容参数，即可有效的滤除所述干扰信号。
选择数量为该个数以及容值处于容值范围内的电容器并联后放置于干扰源的预设距离阈值处，其中，预设距离阈值为(0,5]cm区间范围内。
本发明提供的方法还包括采用电路仿真工具验证选择的电容器的容值，电路仿真工具可采用Saber等，对电容器并联后的电容组进行谐振仿真，跟检测到的干扰信号的频率进行对比，如果两组频率相近，则可验证所选电容器的容值为所需容值。
综上，本发明提供了一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，通过在EtherCAT总线干扰源附近设置一个谐振频率与干扰信号频率一致的电容组以滤除干扰信号，无需加大干扰源与信号线之间的距离，且占用空间小，对总线系统硬件结构的适应性更强，实施方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
检测干扰信号的频率，确定干扰源；
根据所述干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围，以及根据所述干扰信号频率的种类确定电容器的个数；
选择数量为所述个数以及容值处于所述容值范围内的电容器并联后放置于所述干扰源的预设距离阈值处。
2.如权利要求1所述的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述检测干扰信号的频率的步骤包括：
采用一示波器接入所述EtherCAT总线的通信信号线。
3.如权利要求1所述的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述确定干扰源的步骤包括：
去除所述EtherCAT总线上的一个子电路，并判断去除所述子电路后的所述EtherCAT总线的通信信号线是否存在所述干扰信号；
若是，则选择下一个子电路重新进行判断；若否，则确定所述子电路为所述干扰源。
4.如权利要求1所述的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述确定干扰源的步骤包括：
对所述EtherCAT总线上的一个子电路进行等效输出，控制所述EtherCAT总线上剩余电路停止工作，采用干扰测试仪检测所述子电路的干扰信号；
若检测出的干扰信号与所述EtherCAT总线通信信号线上的干扰信号一致，则确定所述子电路为干扰源，否则选择下一个子电路重新进行检测。
5.如权利要求1所述的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述根据所述干扰信号的频率范围确定电容器的容值范围的步骤包括：
根据公式
计算出来的所述电容器的谐振频率包含于所述干扰信号的频率范围的电容器的容值范围内，以此确定所述电容器参数，所述参数包括电容值和等效串联电感；其中，fR为所述电容器的谐振频率，LS为所述电容器的等效串联电感，C为所述电容器的容值。
6.如权利要求1所述的滤除EtherCAT总线干扰信号的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
采用电路仿真工具验证选择的所述电容器的容值。
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