Technologie PCB - Conception de compatibilité électromagnétique pour les systèmes monopuce

La conception de compatibilité électromagnétique des systèmes monopuce mentionnés dans cet article est principalement conçue à partir de deux aspects, matériel et logiciel. Deuxièmement, la conception de la compatibilité électromagnétique a été introduite, de la conception de la carte PCB pour les machines à puce unique au traitement logiciel. Poignée

Facteurs influençant la compatibilité électromagnétique

(1) conception de la carte PCB: le câblage correct de la carte PCB est essentiel pour prévenir les interférences électromagnétiques (EMI).

(2) tension: plus la tension d'alimentation est élevée, plus l'amplitude de la tension est grande, plus l'émission est importante et la faible tension d'alimentation affecte la sensibilité.

(3) découplage de l'alimentation: lorsque l'appareil est commuté, les lignes électriques génèrent des courants transitoires qui doivent être atténués et filtrés. Un courant transitoire provenant d'une source de di / DT élevée provoque une tension "d'émission" de la masse et de la trace. Le di / DT élevé produit une large gamme de courants à haute fréquence qui excitent les composants et les câbles pour le rayonnement. Les variations de courant et l'inductance qui circulent à travers le fil provoquent des chutes de tension qui peuvent être minimisées en réduisant les variations de l'inductance ou du courant au fil du temps.

(4) Mise à la terre: de tous les problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), le problème principal est causé par une mise à la terre incorrecte. Il existe trois méthodes de mise à la terre du signal: un point de mise à la terre unique, plusieurs points de mise à la terre et une mise à la terre hybride. Lorsque la fréquence est inférieure à 1 MHz, le mode de mise à la terre à point unique peut être utilisé, mais pas pour les hautes fréquences; Dans les applications à haute fréquence, il est préférable d'utiliser une mise à la terre multipoint. La mise à la terre hybride est une mise à la terre à point unique à basse fréquence et une mise à la terre multipoint à haute fréquence. La disposition de la ligne de terre est la clé, et les circuits de masse des circuits numériques haute fréquence et des circuits analogiques de bas niveau ne doivent pas être mélangés.

(5) Fréquence: les hautes fréquences produisent plus d'émissions, tandis que les signaux périodiques produisent plus de rayonnement. Dans un système monopuce haute fréquence, un signal de pics de courant est généré lors de la commutation du dispositif; Dans les systèmes analogiques, les signaux de pics de courant sont générés lorsque le courant de charge varie.

Méthodes de traitement matériel des mesures d'interférence

(1) conception du circuit de Réinitialisation de la machine à puce unique

Dans un système monobloc, le système de chien de garde joue un rôle particulièrement important dans le fonctionnement de l'ensemble du monobloc. Comme il n'est pas possible d'isoler ou d'éliminer toutes les sources d'interférence, le système de Réinitialisation est combiné avec le traitement logiciel une fois que le Programme d'interférence CPU fonctionne correctement. Ces mesures sont devenues une défense efficace contre la correction d'erreurs. Il existe deux systèmes de Réinitialisation couramment utilisés:

1) Système de Réinitialisation externe.

Le circuit externe "Watch Dog" peut être conçu par vous - même ou construit avec une puce "Watch" spécialisée. Cependant, ils ont leurs propres avantages et inconvénients. La plupart des puces dédiées "Watch Dog" ne peuvent pas répondre aux signaux "feed the dog" à basse fréquence, tandis que les signaux "feed the dog" à haute fréquence peuvent répondre, de sorte qu'ils peuvent être produits sous des signaux "feed the dog" à basse fréquence. L'action de Réinitialisation ne produit pas d'action de Réinitialisation sous le signal haute fréquence "feed the dog". De cette façon, si le système de programme est pris au piège dans une boucle infinie où il se trouve qu'il y a un signal "nourrir le chien", le circuit de Réinitialisation ne peut pas le faire. Cependant, nous pouvons concevoir un système avec un circuit passe - bande "nourrir le chien" et d'autres circuits de Réinitialisation pour former un système de surveillance externe très efficace.

2) Système de Réinitialisation de puce.

De plus en plus de machines monopuces ont maintenant leur propre système de Réinitialisation sur puce, de sorte que les utilisateurs peuvent facilement utiliser leur minuterie de Réinitialisation interne. Cependant, certains modèles de monopuces ont des instructions de Réinitialisation trop simples. Il y a une instruction "nourrir le chien" similaire à la boucle infinie ci - dessus, ce qui lui fait perdre sa fonction de surveillance. Certains microcontrôleurs ont de meilleures instructions de Réinitialisation sur puce. En règle générale, ils convertissent le signal « nourrir le chien» en plusieurs instructions dans un format fixe et les exécutent dans l'ordre. Si une sorte d'erreur se produit, l'Opération "nourrir le chien" n'est pas efficace. La fiabilité du circuit de remise à zéro est améliorée.

(2) conception de compatibilité électromagnétique des entrées et sorties du système monopuce

Dans un système monopuce, l'entrée / sortie est également le fil de la source d'interférence et la source de captage recevant le signal d'interférence radiofréquence. Lors de la conception de la compatibilité électromagnétique (CEM), nous devons prendre des mesures efficaces pour:

1) utilisez les circuits de réjection de mode commun / différentiel nécessaires et prenez certaines mesures de filtrage et de blindage anti - électromagnétique pour réduire l'entrée des interférences.

2) Lorsque les conditions le permettent, diverses mesures d'isolement (p. ex., isolation photoélectrique ou magnétoélectrique) sont prises dans la mesure du possible pour bloquer la propagation des perturbations.

(3) conception de compatibilité électromagnétique de la carte PCB

Une carte PCB est un support pour les composants de circuit et les dispositifs dans un système de machine à puce unique qui fournit une connexion électrique entre les composants de circuit et les dispositifs. Avec le développement rapide de la technologie électronique, la densité des cartes PCB est de plus en plus élevée. La qualité de la conception de la carte PCB a une grande influence sur la compatibilité électromagnétique des systèmes monopuce. La pratique a prouvé que même si le schéma de circuit est correctement conçu et que la carte de circuit imprimé est mal conçue, cela peut nuire à la fiabilité du système de machine à puce unique. Si les deux fines lignes parallèles de la carte de circuit imprimé sont rapprochées, cela entraînera un retard de la forme d'onde du signal et la formation d'un bruit réfléchi à l'extrémité de la ligne de transmission. Par conséquent, lors de la conception d'une carte de circuit imprimé, la bonne approche doit être adoptée, suivre les principes généraux de la conception de la carte PCB et répondre aux exigences de conception anti - interférence. Pour obtenir des performances optimales du circuit électronique, la disposition des éléments et celle des fils sont très importantes.

(4) Mesures de protection contre la foudre

La protection contre la foudre du système doit être prise en compte pour les systèmes monoblocs utilisés à l'extérieur ou lors de l'introduction de lignes d'alimentation et de signaux intérieurs à partir de l'extérieur. Les dispositifs de protection contre la foudre couramment utilisés sont: le tube à décharge de gaz, TVS, etc. le tube à décharge de gaz se réfère à la décharge de claquage de gaz lorsque la tension d'alimentation est supérieure à une certaine valeur, généralement quelques dizaines ou quelques centaines de volts, l'impulsion de choc forte sur la ligne d'alimentation est introduite dans la terre. TVS peut être considéré comme deux diodes Zener en parallèle et dans des sens opposés qui conduisent lorsque la tension aux bornes est supérieure à une certaine valeur. Il se caractérise par la possibilité de passer des centaines ou des milliers de courants a instantanément.

(5) oscillateur

La plupart des microcontrôleurs ont un circuit oscillateur couplé à un résonateur externe en cristal ou en céramique. Sur une carte PCB, il est nécessaire que les conducteurs des condensateurs, des cristaux ou des résonateurs en céramique soient aussi courts que possible. L'oscillateur RC est potentiellement sensible aux signaux parasites et peut générer des cycles d'horloge très courts, il est donc préférable de choisir un résonateur à cristal ou en céramique. En outre, le boîtier du cristal de quartz doit être mis à la terre.

Méthodes logicielles de traitement des mesures d'interférence

Les signaux d'interférence générés par les sources d'interférences électromagnétiques, qui ne peuvent pas être complètement éliminés dans certaines situations spécifiques, comme dans certains environnements électromagnétiques difficiles, finissent par entrer dans l'unité centrale de traitement du CPU et sont ainsi intégrés dans certains circuits de grande taille. Les circuits sont souvent perturbés, ce qui les rend incapables de fonctionner correctement ou dans un mauvais état. En particulier, les périphériques tels que la RAM qui utilisent une mémoire bistable pour le stockage peuvent souvent basculer sous de fortes interférences, ce qui fait que le "0" initialement stocké devient "1" ou "1" à "0"; Certaines séquences et données de transmission série sont modifiées par des interférences; Plus grave peut casser certains paramètres de données importants, etc.; Les conséquences qui en découlent sont souvent très graves. Dans ce cas, la qualité de la conception du logiciel a un impact direct sur la résistance aux interférences de l'ensemble du système.

(1) Détection de Ram et Flash (ROM)

Lors de la compilation du programme, nous ferions mieux d'écrire quelques programmes de test pour tester le Code de données Ram et Flash (ROM) pour voir s'il y a des erreurs. Une fois que cela se produit, il doit être corrigé immédiatement. Si elle ne peut pas être corrigée, l'indication de l'erreur doit être donnée à temps pour que l'utilisateur puisse la traiter. Lorsque nous compilons un programme, il est essentiel d'ajouter une redondance de programme. L'ajout de trois directives NOP ou plus quelque part a un effet préventif très efficace sur la restructuration des procédures. Dans le même temps, il est nécessaire d'introduire les données de drapeau et l'état de détection dans l'état de fonctionnement du programme afin que les erreurs puissent être détectées et corrigées à temps.

(2) Mesures de stockage des paramètres importants

Dans des circonstances normales, nous pouvons utiliser la détection et la correction des erreurs pour réduire ou éviter efficacement cette situation. Selon le principe de détection d'erreurs et de correction d'erreurs, dont l'idée principale est, lors de l'écriture de données, de générer un certain nombre de codes de contrôle à partir des données écrites et de les stocker avec les données correspondantes; Lors de la lecture, le Code de vérification est également vérifié en même temps. Lisez le Code et jugez. Si une erreur survient, elle est automatiquement corrigée et les données correctes sont envoyées et les données corrigées sont réécrites pour écraser simultanément les données erronées originales; Si une erreur à deux chiffres se produit, un rapport d'interruption est généré et la CPU est informée du traitement de l'exception. Toutes ces actions sont effectuées automatiquement grâce à une conception logicielle, avec la particularité de se faire automatiquement en temps réel. Avec une telle conception, il est possible d'améliorer considérablement la capacité anti - interférence du système et donc sa fiabilité.

Principes de détection et de correction des erreurs:

Tout d'abord, examinons les principes de base de la détection et de la correction des erreurs. L'idée de base du contrôle des erreurs est d'ajouter des codes redondants à un groupe de codes d'information de différentes manières, selon certaines règles, afin que, lors de la lecture d'informations, des codes de surveillance redondants ou des codes d'étalonnage soient utilisés pour détecter ou corriger automatiquement les erreurs. Compte tenu des caractéristiques de l'occurrence de l'erreur, à savoir le caractère aléatoire et aléatoire de l'occurrence de l'erreur, il affecte presque toujours aléatoirement un bit dans un octet. Ainsi, si la conception peut corriger automatiquement une erreur de BIT et vérifier deux erreurs dans la méthode de codage. La fiabilité du système peut être grandement améliorée.

(3) en raison de la procédure d'interférence électromagnétique, il existe à peu près les situations suivantes:

1) Le programme ne fonctionne pas correctement.

Cette condition est le résultat le plus commun des perturbations. En général, un bon système de Réinitialisation ou un système de test du cadre logiciel est suffisant et n'aura pas beaucoup d'impact sur l'ensemble du système en cours d'exécution.

2) boucle infinie ou anomalie de fonctionnement du Code de programme.

Bien sûr, ce type de boucle infinie et de code de programme anormal n'a pas été écrit intentionnellement par les concepteurs. Nous savons que les instructions de programme sont composées d'octets, certaines sont des instructions d'un seul octet et d'autres sont des instructions de plusieurs octets. Le pointeur PC apparaît lorsque des interférences se produisent. Changer de sorte que le Code de programme original est réorganisé pour produire un code de programme exécutable imprévisible, alors, cette erreur est fatale, il peut modifier des paramètres de données importants, peut produire une série de sorties d'état d'erreur telles que des contrôles imprévisibles.

Ce qui précède est la conception et le traitement de la compatibilité électromagnétique (CEM) des systèmes monopuce à la fois du matériel et du logiciel.