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在物联网安全应用程序中引入电力线过滤预防干扰-方案运用

时间:2023-08-06 01:07:00

为了确保它们保持安全,许多物联网(IoT)应用程序将需要防火墙和网关来保护最敏感的设备。尽管终端节点将由电池供电,但这些防火墙在很大程度上将由线路供电,为其提供运行必要安全检查所需的能量。这引入了过滤电源线以防干扰的需要。

为了应对可以针对工业网络发起的越来越多的威胁,防火墙使用的数据过滤系统变得越来越复杂。设计人员不仅部署了嵌入式处理器,还部署了现场可编程门阵列(),以执行能够清除可疑或恶意帧的深度数据包检测任务。这些复杂的设备可以有多个电源轨供给它们,分别为核心逻辑阵列和I/O单元以及时钟和存储器通道提供能量。

电源耦合噪声会对用于产生可靠时钟脉冲的相环(PLL)产生不利影响,包括片内电路和串行接口,以及逻辑运算。由于电压现在为1 V或更低,因此对变化的容忍度非常小,因此电路可能对纹波和其他形式的电源噪声非常敏感。

电源完整性是这些设计的关键要求之一,因为处理中断可能会在系统恢复时降低网络性能。由于防火墙通常位于数据中心外部,过滤后的电源不易获得,并且可能靠近工业设备,因此需要将自己的电源噪声抑制和过滤硬件结合在一起。

在工业物联网防火墙的设计中,可能需要两个阶段进行过滤。一个是在电源输入端,试图消除沿电缆传导的噪声。另一种是在电源之后处理耦合到主电路中的噪声或由于系统内的数字切换而产生的噪声。在这两种情况下,电感的无源网络都可以提供所需的大部分滤波。

电源输入滤波器的一个选项是无阻尼LC。然而,这具有潜在地增加电路转角频率处的干扰的效果,这与总电感和电容的平方根有关。因此,设计通常使用串联或并联阻尼来抑制滤波器截止频率附近的峰值。

在电源的输出侧,旁路电容经常用于抑制电流的变化切换噪声和其他干扰源引起的流量。电容器位于电源和地之间。除了旁路电容器之外,还可以串联插入诸如的电感器,以形成共模噪声抑制滤波器。在这种情况下,铁氧体可以更好地工作,因为它们提供比电感器更低的阻抗,电感器可以用在/DC本身的输出电路中。在电感和电容选择期间需要考虑许多因素。

多层陶瓷电容器(MLCC)广泛用作电源噪声滤波应用中的电容器,因为它们可以处理宽频率范围。然而,这些特性受其固有电阻(ESR)和电感(E)的影响,在处理高频信号时导致不太理想的特性。由于这些元件,电容器阻抗表示V形频率曲线(图1),其中电容器的阻抗(主要由串联引起)由于串联电感而在再次上升之前几乎线性地朝向谐振频率下降。

在物联网安全应用程序中引入电力线过滤预防干扰

图1:频率下电容器的阻抗特性。

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