PCB Tecnico - Progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) del sistema di microcomputer a chip singolo

La progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) del sistema microcomputer a chip singolo menzionato in questo articolo è progettata principalmente dai due aspetti dell'hardware e del software. Successivamente, viene introdotto il design di compatibilità elettromagnetica (EMC) dal design della scheda PCB del microcomputer a chip singolo all'elaborazione del software. Maniglia.

Fattori che influenzano la compatibilità elettromagnetica (EMC)

(1) progettazione della scheda PCB: Un corretto cablaggio della scheda PCB è essenziale per prevenire l'interferenza elettromagnetica (EMI).

(2) Tensione: Maggiore è la tensione di alimentazione, maggiore è l'ampiezza di tensione, maggiore è l'emissione e la bassa tensione di alimentazione influisce sulla sensibilità.

(3) disaccoppiamento di alimentazione: Quando il dispositivo è acceso e spento, le correnti transitorie saranno generate sulla linea elettrica e queste correnti transitorie devono essere attenuate e filtrate. Le correnti transitorie provenienti da sorgenti elevate di/dt causano tensioni di "emissione" a terra e traccia. High di/dt genera una vasta gamma di correnti ad alta frequenza che eccitano componenti e cavi ad irradiarsi. Il cambiamento di corrente e l'induttanza che scorre attraverso il cavo causeranno una caduta di tensione, che può essere minimizzata riducendo l'induttanza o il cambiamento di corrente nel tempo.

(4) Messa a terra: In tutti i problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC), il problema principale è causato da messa a terra impropria. Ci sono tre metodi di messa a terra del segnale: messa a terra a punto singolo, messa a terra a più punti e messa a terra mista. 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, è meglio utilizzare la messa a terra multipunto. La messa a terra ibrida è un metodo di messa a terra a punto singolo per la messa a terra a bassa frequenza e multipunto per alta frequenza. La disposizione del filo di terra è la chiave e i circuiti di terra dei circuiti digitali ad alta frequenza e dei circuiti analogici a basso livello non devono essere mescolati.

(5) Frequenza: L'alta frequenza produce più emissione e il segnale periodico produce più emissione. Nel sistema a microcomputer singolo chip ad alta frequenza, il segnale di picco corrente viene generato quando il dispositivo è commutato; nel sistema analogico, il segnale di picco corrente viene generato quando la corrente di carico cambia.

Metodo di elaborazione hardware per misure di interferenza

(1) Progettazione del circuito di reset MCU

Nel sistema a microcomputer monocomputer, il sistema watchdog svolge un ruolo particolarmente importante nel funzionamento dell'intero microcomputer monocomputer. Poiché tutte le fonti di interferenza non possono essere isolate o eliminate, una volta che la CPU interferisce con il normale funzionamento del programma, il sistema di ripristino è combinato con l'elaborazione del software Le misure sono diventate una difesa efficace contro la correzione degli errori. Esistono 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 ai segnali a bassa frequenza di "alimentazione del cane", mentre i segnali ad alta frequenza di "alimentazione del cane" possono rispondere, in modo che possano essere generati sotto segnali a bassa frequenza di "alimentazione del cane". L'azione di reset non produce un'azione di reset sotto il segnale ad alta frequenza "cane da alimentazione". In questo modo, se il sistema di programma è intrappolato in un loop infinito, e succede che ci sia un segnale "cane da alimentazione" nel loop, allora il circuito di reset non può realizzarlo. La funzione che dovrebbe avere. Tuttavia, possiamo progettare un sistema con un circuito di "alimentazione cane" a banda-pass e altri circuiti di reset per formare un sistema di monitoraggio esterno molto efficace.

2) On-chip reset system.

Ora sempre più microcomputer single-chip hanno il proprio sistema di reset on-chip, in modo che gli utenti possano facilmente utilizzare il loro timer di reset interno. Tuttavia, ci sono alcuni modelli di microcomputer a chip singolo le cui istruzioni di reset sono troppo semplici. C'è un'istruzione "feed dog" come il ciclo infinito sopra menzionato, che gli fa perdere la sua funzione di monitoraggio. Alcuni microcontrollori hanno istruzioni di reset on-chip che funzionano meglio. Generalmente, fanno il segnale "cane da alimentazione" in più istruzioni in un formato fisso e li eseguono in sequenza. Se c'è un certo errore, l'operazione "alimentazione del cane" non è valida. Migliorata l'affidabilità del circuito di reset.

(2) La progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) dell'ingresso/uscita nel sistema microcomputer a chip singolo

Nel sistema del microcomputer a singolo chip, l'ingresso/uscita è anche la linea di conduzione della sorgente di interferenza e la sorgente di pick-up per la ricezione del segnale di interferenza a radiofrequenza. Dobbiamo adottare misure efficaci nella progettazione della compatibilità elettromagnetica (EMC):

1) Utilizzare i necessari circuiti di soppressione in modalità comune / differenziale e prendere anche alcune misure di filtraggio e schermatura anti-elettromagnetica per ridurre l'ingresso di interferenze.

2) Quando le condizioni lo consentono, adottare varie misure di isolamento (come isolamento fotoelettrico o isolamento magnetoelettrico) per quanto possibile per bloccare la diffusione delle interferenze.

(3) Progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) della scheda PCB

La scheda PCBboard è il supporto degli elementi del circuito e dei dispositivi nel sistema del microcomputer a chip singolo e fornisce collegamenti elettrici tra gli elementi 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 (EMC) del sistema microcomputer a chip singolo. La pratica ha dimostrato che anche se la progettazione schematica del circuito è corretta e il circuito stampato è progettato in modo improprio, influenzerà anche negativamente l'affidabilità del sistema microcomputer a chip singolo. Se le due sottili linee parallele del circuito stampato sono vicine tra loro, causerà un ritardo nella forma d'onda del segnale e formerà rumore riflesso alla fine della linea di trasmissione. Pertanto, durante la progettazione di un circuito stampato, dovrebbe essere adottato il metodo corretto, dovrebbero essere seguiti i principi generali della progettazione di schede PCB e dovrebbero essere soddisfatti i requisiti di progettazione per anti-interferenza. Per ottenere le migliori prestazioni del circuito elettronico, il layout dei componenti e il layout dei cavi sono molto importanti.

(4) Misure di protezione contro i fulmini

Per il sistema a microcomputer monochip utilizzato all'aperto o l'introduzione di linee elettriche interne e linee di segnale dall'esterno, la protezione contro i fulmini del sistema deve essere considerata. I dispositivi di protezione contro i fulmini comunemente usati sono: tubo di scarico del gas, TVS, ecc Il tubo di scarico del gas è quando la tensione dell'alimentazione elettrica è superiore a un certo valore, di solito decine di V o centinaia di V, le scariche di rottura del gas e il forte impulso d'urto sulla linea elettrica è condotto nella terra. TVS può essere visto come due diodi Zener collegati in parallelo e in direzioni opposte, che si accendono quando la tensione ad entrambe le estremità è superiore a un certo valore. La sua caratteristica è che può passare centinaia o migliaia di correnti A transitoriamente.

(5) Oscillatore

La maggior parte dei microcontrollori hanno un circuito oscillatore accoppiato a un risonatore esterno in cristallo o ceramica. Sulla scheda PCB, è necessario che i fili di piombo di condensatori, cristalli o risonatori ceramici siano il più brevi possibile. L'oscillatore RC è latentemente sensibile ai segnali di interferenza e può generare un ciclo di clock molto breve, quindi è meglio scegliere un risonatore di cristallo o ceramica. Inoltre, il guscio del cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

Metodi di elaborazione software per misure di interferenza

Il segnale di interferenza generato dalla sorgente di interferenza elettromagnetica non può essere completamente eliminato in alcune situazioni specifiche (come in alcuni ambienti elettromagnetici gravi), e alla fine entrerà nell'unità centrale dell'elaborazione della CPU, in modo che sarà integrato in alcuni circuiti su larga scala sono spesso disturbati, con conseguente non funzionamento corretto o funzionamento in uno stato di errore. In particolare, dispositivi come la RAM che utilizzano l'archiviazione bistabile per l'archiviazione si capovolgono spesso sotto forti interferenze, facendo sì che lo "0" originariamente memorizzato diventi "1" o "1" a "0"; La sequenza di trasmissione e i dati cambieranno a causa di interferenze; quelli più seri distruggeranno alcuni parametri importanti dei dati, ecc.; le conseguenze che ne derivano sono spesso molto gravi. In questo caso, la qualità del design software influisce direttamente sulla capacità anti-interferenza dell'intero sistema.

(1) Rilevamento di RAM e FLASH (ROM)

Durante la compilazione del programma, è meglio scrivere alcuni programmi di test per testare i codici dati RAM e FLASH (ROM) per vedere se ci sono errori. Una volta che si verificano, devono essere corretti immediatamente. Se non possono essere corretti, deve essere fornita un'indicazione di errore in tempo utile per l'utente. È indispensabile aggiungere ridondanza del programma quando compiliamo il programma. L'aggiunta di tre o più istruzioni NOP in un certo luogo ha un effetto preventivo molto efficace sulla riorganizzazione del programma. Allo stesso tempo, è necessario introdurre i dati di flag e lo stato di rilevamento nello stato di esecuzione del programma, in modo da scoprire e correggere gli errori nel tempo.

(2) Misure per memorizzare parametri importanti

In circostanze normali, 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 vengono scritti, un certo numero di codici di controllo vengono generati in base ai dati scritti e memorizzati insieme ai dati corrispondenti; Quando letto, il codice di controllo viene controllato contemporaneamente Il codice viene letto e il giudizio viene emesso. Se si verifica un errore di un bit, sarà automaticamente corretto, i dati corretti saranno inviati e i dati corretti saranno scritti indietro per sovrascrivere i dati originali errati allo stesso tempo; Se si verifica un errore a due bit, verrà generato un rapporto di interruzione e la CPU verrà avvisata per la gestione delle eccezioni. Tutte queste azioni sono completate automaticamente dalla progettazione software, con 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 rilevazione e correzione degli errori:

In primo luogo, diamo 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 ridondanti in modi diversi al gruppo di codici di informazione secondo determinate regole, in modo che quando le informazioni vengono lette, codici di monitoraggio ridondanti o codici di calibrazione possano essere utilizzati per trovare o correggere automaticamente gli errori. In considerazione delle caratteristiche dell'occorrenza di errore, cioè della casualità e casualità dell'occorrenza di errore, colpisce quasi sempre casualmente un bit in un byte. Pertanto, se il disegno può correggere automaticamente un errore di bit, e controllare il metodo di codifica per due errori. Può migliorare notevolmente l'affidabilità del sistema.

(3) A causa delle procedure di interferenza elettromagnetica, ci sono approssimativamente le seguenti situazioni:

1) Il programma corre via.

Questa situazione è il risultato di interferenza più comune. In generale, un buon sistema di reset o sistema di test del frame software è sufficiente e non avrà molto impatto sull'intero sistema in esecuzione.

2) loop infinito o funzionamento anomalo del codice del programma.

Naturalmente, questo tipo di loop infinito e codice di programma anormale non è scritto intenzionalmente dal progettista. 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 verificano interferenze, si verifica il puntatore del PC. Cambiare, in modo che il codice originale del programma sia stato riorganizzato per produrre codice di programma eseguibile imprevedibile, quindi, questo tipo di errore è fatale, può modificare parametri importanti dei dati, può produrre controllo imprevedibile Una serie di stati di errore come output.

Quanto sopra è la progettazione e l'elaborazione della compatibilità elettromagnetica (EMC) del sistema microcomputer a chip singolo dai due aspetti hardware e software.