Dati PCB - Progettazione di compatibilità elettromagnetica dalla scheda PCB all'elaborazione software

Dalla progettazione della scheda PCB del microcomputer a chip singolo all'elaborazione del software è introdurre l'elaborazione della compatibilità elettromagnetica.1. Fattori che influenzano EMC1.1 Tensione: tensione di alimentazione più elevata significa maggiore ampiezza di tensione e più emissioni, mentre tensione di alimentazione più bassa influisce sulla sensibilità.1.2 Frequenza: Le alte frequenze generano più emissioni, i segnali periodici generano più emissioni. In un sistema a microcontrollore ad alta frequenza, viene generato un picco di corrente quando il dispositivo cambia; In un sistema analogico si genera un picco di corrente quando la corrente di carico cambia.1.3 Messa a terra: Tra tutti i problemi EMC, il problema principale è causato da messa a terra impropria. Ci sono tre metodi di messa a terra del segnale: singolo punto, multi punto e misto. Quando la frequenza è inferiore a 1MHz, il metodo di messa a terra a punto singolo può essere utilizzato, ma non è adatto ad alta frequenza; nelle applicazioni ad alta frequenza, viene utilizzata la messa a terra multipunto. La messa a terra ibrida è un metodo di messa a terra a punto singolo per basse frequenze e messa a terra multipunto per alte frequenze. Il layout del cavo di terra è la chiave e i circuiti di terra dei circuiti digitali ad alta frequenza e dei circuiti analogici a basso livello non possono essere mescolati il più possibile.1.4 Progettazione della scheda PCB: Un corretto instradamento del circuito stampato (PCB) è fondamentale per impedire il disaccoppiamento dell'alimentazione EMI.1.5: Quando il dispositivo commuta, vengono generate correnti transitorie sulla linea di alimentazione e queste correnti transitorie devono essere attenuate e filtrate. Le correnti transitorie provenienti da sorgenti di alta di/dt causano tensioni di terra e tracce, mentre le alte di/dt generano correnti ad alta frequenza su larga scala che eccitano i componenti e irradiano cavi. I cambiamenti nel flusso di corrente e nell'induttanza attraverso il cavo causano una caduta di tensione, che può essere causata riducendo l'induttanza o cambiamenti nella corrente nel tempo.

In secondo luogo, il metodo di elaborazione hardware delle misure di interferenza2.1 Progettazione di compatibilità elettromagnetica dei circuiti stampati (PCB) La scheda PCB è il supporto dei componenti e dei dispositivi del circuito nel sistema microcomputer a chip singolo e fornisce la connessione elettrica tra i componenti del circuito e i dispositivi. Con il rapido sviluppo della tecnologia elettronica, la densità delle schede PCB sta diventando sempre più alta. La qualità del design della scheda PCB ha una grande influenza sulla compatibilità elettromagnetica del sistema microcomputer a chip singolo. La pratica ha dimostrato che anche se la progettazione schematica del circuito è corretta e la progettazione del circuito stampato è impropria, avrà anche un effetto negativo sull'affidabilità del sistema microcomputer a chip singolo. Ad esempio, se due sottili linee parallele su un circuito stampato sono molto vicine tra loro, ci sarà un ritardo nella forma d'onda del segnale e il rumore di riflessione alla fine della linea di trasmissione. Pertanto, quando si progetta un circuito stampato, si dovrebbe prestare attenzione all'uso del metodo corretto, conforme ai principi generali della progettazione di schede PCB e dovrebbe soddisfare i requisiti di progettazione per anti-interferenza. Per ottenere le prestazioni dei circuiti elettronici, la disposizione dei componenti e la disposizione dei fili sono molto importanti.

2.2 Progettazione di compatibilità elettromagnetica di ingresso / uscita Nel sistema del microcomputer a chip singolo, l'ingresso / uscita è anche la linea di conduzione della sorgente di interferenza e la sorgente di pickup per la ricezione del segnale di interferenza a radiofrequenza. Generalmente adottiamo misure efficaci quando progettiamo: (1) Adottiamo il necessario circuito di soppressione di modo comune/differenziale e adottiamo anche alcune misure di filtraggio e schermatura anti-elettromagnetica per ridurre l'interferenza. (2) Prendere varie misure di isolamento (come isolamento fotoelettrico o isolamento magnetoelettrico) per quanto possibile per bloccare la diffusione delle interferenze.

2.3 Progettazione dei circuiti di reset MCU Nel sistema a microcomputer a singolo chip, il sistema watchdog svolge un ruolo particolarmente importante nel funzionamento dell'intero microcomputer a singolo chip. Poiché tutte le fonti di interferenza non possono essere isolate o rimosse, una volta che la CPU interferisce con il normale funzionamento del programma, il sistema di reset combinato con il software Le misure di trattamento diventano una barriera ad una efficace difesa di correzione degli errori. Ci sono due sistemi di reset comunemente usati:(1) Sistema di reset esterno. Il circuito esterno "watchdog" può essere progettato da soli o costruito con uno speciale chip "watchdog". Tuttavia, hanno i loro vantaggi e svantaggi. La maggior parte dei chip dedicati "watchdog" non può rispondere al segnale a bassa frequenza "feed the dog", ma può rispondere al segnale ad alta frequenza "feed the dog", in modo che possa essere generato sotto il segnale a bassa frequenza "feed the dog". L'azione di reset non avviene sotto il segnale ad alta frequenza "feed the dog". In questo modo, se il sistema di programma cade in un loop infinito, e il loop accade di avere il segnale "feed the dog", allora il circuito di reset non può realizzarlo. Tuttavia, possiamo progettare un sistema con un circuito a banda-pass "feed the dog" e altri circuiti di reset che è un sistema di monitoraggio esterno molto efficace. (2) Al giorno d'oggi, sempre più microcomputer single-chip hanno il proprio sistema di reset on-chip, in modo che gli utenti possano facilmente utilizzare i loro timer interni di reset. Tuttavia, alcuni modelli di microcomputer a chip singolo hanno istruzioni di ripristino troppo semplici. In questo modo, ci saranno anche istruzioni di "nutrire il cane" come il loop infinito sopra, facendolo perdere la sua funzione di monitoraggio. Le istruzioni di reset on-chip di alcuni microcomputer single-chip sono migliori. Generalmente, fanno il segnale "nutrire il cane" in più istruzioni in un formato fisso e li eseguono in sequenza. Se c'è un certo errore, l'operazione "nutrire il cane" non è valida, che notevolmente L'affidabilità del circuito di reset è migliorata.

2.4 OscillatorLa maggior parte dei microcontrollori ha un circuito oscillatore accoppiato a un risonatore esterno in cristallo o ceramica. Sulla scheda PCB, è necessario che i cavi di condensatori esterni, cristalli o risonatori ceramici siano il più brevi possibile. Gli oscillatori RC hanno sensibilità latente ai segnali di interferenza e possono generare cicli di clock molto brevi, quindi vengono selezionati risonatori in cristallo o ceramica. Inoltre, il caso del cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

2.5 Misure di protezione dai fulminiIl sistema di microcomputer a chip singolo utilizzato all'aperto o le linee elettriche e le linee di segnale introdotte nella stanza dall'esterno dovrebbero essere considerati contro il fulmine del sistema. I dispositivi di protezione contro i fulmini comunemente usati sono: tubo di scarico del gas, TVS e così via. Il tubo di scarico del gas è quando la tensione dell'alimentazione elettrica è superiore a un certo valore, di solito decine o centinaia di V, il gas si rompe e si scarica e il forte impulso sulla linea elettrica è guidato nel terreno. Il TVS può essere considerato come due diodi zener in parallelo e in direzioni opposte, che vengono accesi quando la tensione ad entrambe le estremità è superiore a un certo valore. La sua caratteristica è che può passare transitoriamente correnti di centinaia o migliaia di A.3. Metodo di elaborazione software per misure di interferenzaIl segnale di interferenza generato dalla sorgente di interferenza elettromagnetica non può essere completamente eliminato in alcuni casi specifici (come in alcuni casi in cui l'ambiente elettromagnetico è relativamente rigido), e entrerà nell'unità elaborata dalla CPU, in modo che in alcuni circuiti integrati su larga scala spesso può essere disturbato, causando che non funzioni correttamente o funzioni nello stato sbagliato. Soprattutto un dispositivo come la RAM che utilizza bistable per l'archiviazione, spesso gira sotto forti interferenze, in modo che l'originale memorizzato "0" diventa "1", o "1" diventa "0"; I tempi e i dati di trasmissione cambieranno a causa di interferenze; più seriamente, distruggerà alcuni parametri importanti dei dati, ecc.; le conseguenze sono spesso molto gravi. In questo caso, la qualità della progettazione software influisce direttamente sulla capacità anti-interferenza di tutto il sistema.

3.1 Il programma si troverà approssimativamente nelle seguenti situazioni a causa di interferenze elettromagnetiche:(1) Il programma corre via. Questa situazione è un risultato comune di interferenze. In generale, un buon sistema di reset o un sistema di misurazione del telaio software è sufficiente e non avrà molto impatto sull'intero sistema in esecuzione. (2) ciclo infinito o funzionamento anomalo del codice del programma. Naturalmente, questo tipo di loop infinito e codice di programma anormale non è scritto intenzionalmente dai progettisti. Sappiamo che le istruzioni del programma sono composte da byte, alcune sono istruzioni a singolo byte e altre sono istruzioni a più byte. Quando si verifica l'interferenza, si verifica il puntatore del PC. Cambiare, in modo che il codice originale del programma sia riorganizzato per produrre codice di programma eseguibile imprevedibile, quindi, questo tipo di errore è fatale, può modificare parametri importanti dei dati e può produrre controllo imprevedibile Una serie di stati di errore come output.

3.2 Misure per l'archiviazione di parametri importantiIn generale, possiamo utilizzare il rilevamento e la correzione degli errori per ridurre o evitare efficacemente questa situazione. Secondo il principio di rilevamento e correzione degli errori, l'idea principale è che quando i dati sono scritti, un certo numero di codici di controllo sono generati in base ai dati scritti e memorizzati insieme ai dati corrispondenti; Leggi il codice e prendi una decisione. Se c'è un errore di un bit, verrà automaticamente corretto, verranno inviati i dati corretti e, allo stesso tempo, i dati corretti saranno scritti indietro per coprire i dati errati originali; Se c'è un errore a due bit, verrà generato un interrupt e la CPU verrà avvisata per la gestione delle eccezioni. Tutte queste azioni sono completate automaticamente dalla progettazione del software e hanno le caratteristiche di completamento in tempo reale e automatico. Attraverso tale progettazione, la capacità anti-interferenza del sistema può essere notevolmente migliorata, migliorando così l'affidabilità del sistema. Principi di rilevamento e correzione degli errori: Diamo prima un'occhiata ai principi di base di rilevamento e correzione degli errori. L'idea di base del controllo degli errori è quella di aggiungere codici di ridondanza in modi diversi al gruppo di codici di informazione secondo determinate regole, in modo da fare affidamento sul codice di monitoraggio ridondante o sul codice di controllo per trovare o correggere automaticamente gli errori quando le informazioni vengono lette. Secondo le caratteristiche dell'occorrenza di errore bit, cioè la casualità e la casualità dell'occorrenza di errore, colpisce quasi sempre un bit (bit) in un certo byte a caso. Pertanto, se può essere progettato per correggere automaticamente un errore di bit, e controllare la codifica di errore a due cifre. Può notevolmente migliorare l'affidabilità del sistema.

3.3 Rilevamento di RAM e FLASH (ROM) Durante la programmazione, scriviamo alcuni programmi di test per testare i codici dati di RAM e FLASH (ROM) per vedere se c'è qualche errore. Una volta che si verifica, dovrebbe essere corretto immediatamente. Se non può essere corretto, un'indicazione di errore dovrebbe essere data in tempo in modo che gli utenti possano affrontarlo. È indispensabile aggiungere ridondanza del programma quando compiliamo i programmi. L'aggiunta di tre o più istruzioni NOP in un determinato luogo può efficacemente impedire la riorganizzazione del programma. Allo stesso tempo, i dati di bandiera e lo stato di rilevamento dovrebbero essere introdotti nello stato di esecuzione del programma, in modo da rilevare e correggere l'errore della scheda PCB in tempo.