Teknik PCB - Kekompatibiliti Elektromagnetik (EMC) Design of Single Chip Microcomputer System

Reka kompatibilitas elektromagnetik (EMC) sistem mikrokomputer cip tunggal yang disebut dalam artikel ini terutama direka dari dua aspek perkakasan dan perisian. Kemudian, rekaan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) dari rekaan papan PCB mikrokomputer cip tunggal ke pemprosesan perisian diperkenalkan. Tangkap.

Faktor yang mempengaruhi kompatibilitas elektromagnetik (EMC)

(1) Rancangan papan PCB: Kawalan papan PCB yang tepat adalah penting untuk mencegah gangguan elektromagnetik (EMI).

(2) Tengah: Semakin tinggi tenaga bekalan kuasa, semakin besar amplitud tenaga, semakin banyak emisi, dan tenaga bekalan kuasa rendah mempengaruhi sensitiviti.

(3) Penghapusan kuasa: Apabila peranti dinyalakan dan dimatikan, arus sementara akan dihasilkan pada garis kuasa, dan arus sementara ini mesti dilumpuhkan dan ditapis. Strom sementara dari sumber di/dt tinggi menyebabkan tekanan tanah dan jejak "emisi". Di/dt tinggi menghasilkan julat luas arus frekuensi tinggi yang menggairahkan komponen dan kabel untuk radiasi. Perubahan semasa dan induktansi mengalir melalui wayar akan menyebabkan titik tegangan, yang boleh diminumkan dengan mengurangkan induktansi atau perubahan semasa melalui masa.

(4) Mendarat: Dalam semua masalah kompatibilitas elektromagnetik (EMC), masalah utama disebabkan oleh mendarat yang salah. Terdapat tiga kaedah pendaratan isyarat: pendaratan satu titik, pendaratan berbilang titik, dan pendaratan bercampur. Apabila frekuensi lebih rendah daripada 1MHz, kaedah pendaratan titik tunggal boleh digunakan, tetapi ia tidak sesuai untuk frekuensi tinggi; dalam aplikasi frekuensi tinggi, lebih baik menggunakan pendaratan berbilang titik. Pendaratan hibrid adalah kaedah pendaratan titik tunggal untuk frekuensi rendah dan pendaratan berbilang titik untuk frekuensi tinggi. Bentangan wayar tanah adalah kunci, dan sirkuit tanah sirkuit digital frekuensi tinggi dan sirkuit analog tahap rendah tidak boleh dicampur.

(5) Frekuensi: Frekuensi tinggi menghasilkan lebih banyak emisi, dan isyarat periodik menghasilkan lebih banyak emisi. Dalam sistem mikrokomputer chip frekuensi tinggi, isyarat spike semasa dijana apabila peranti ditukar; dalam sistem analog, isyarat punca semasa dijana bila muatan semasa berubah.

Kaedah pemprosesan perkakasan untuk tindakan gangguan

(1) Design sirkuit reset MCU

Dalam sistem mikrokomputer cip tunggal, sistem anjing pengawasan bermain peran yang sangat penting dalam operasi seluruh mikrokomputer cip tunggal. Oleh kerana semua sumber gangguan tidak dapat diusingkan atau dibuang, apabila CPU mengganggu operasi normal program, sistem penyelesaian semula digabungkan dengan pemprosesan perisian Langkah telah menjadi pertahanan yang efektif terhadap penyelesaian ralat. Terdapat dua sistem reset biasa digunakan:

1) Sistem tetapan semula luaran.

Sirkuit "watchdog" luar boleh dirancang sendiri atau dibina dengan cip "watchdog" istimewa. Namun, mereka mempunyai keuntungan dan kelemahan mereka sendiri. Kebanyakan cip "anjing pengawasan" yang dedikasi tidak dapat menjawab isyarat "anjing memberi makan" frekuensi rendah, sementara isyarat "anjing memberi makan" frekuensi tinggi boleh menjawab, sehingga ia boleh dijana di bawah isyarat "anjing memberi makan" frekuensi rendah. Tindakan reset tidak menghasilkan tindakan reset dibawah isyarat "anjing makan" frekuensi tinggi. Dengan cara ini, jika sistem program terperangkap dalam gelung tak terbatas, dan kebetulan ada isyarat "anjing memberi makan" dalam gelung, maka sirkuit reset tidak dapat menyadarinya. Fungsi yang sepatutnya ia mempunyai. Namun, kita boleh merancang sistem dengan sirkuit "anjing memberi makan" band-pass dan sirkuit semula lainnya untuk membentuk sistem pengawasan luar yang sangat efektif.

2) On-chip reset system.

Sekarang lebih dan lebih mikrokomputer cip tunggal mempunyai sistem reset pada cip mereka sendiri, sehingga pengguna boleh dengan mudah menggunakan pemasa reset dalaman mereka. Namun, terdapat beberapa model mikrokomputer cip tunggal yang arahan reset terlalu mudah. Terdapat arahan "anjing makan" seperti loop tak terbatas yang disebut di atas, yang membuat ia kehilangan fungsi pengawasan. Beberapa mikrokawal mempunyai arahan reset pada cip yang lebih baik. Secara umum, mereka membuat isyarat "anjing memberi makan" menjadi arahan berbilang dalam format tertentu dan melaksanakannya dalam urutan. Jika ada ralat tertentu, operasi "anjing makan" tidak sah. Memperbesarkan kepercayaan litar reset.

(2) Ralat kompatibilitas elektromagnetik (EMC) input/output dalam sistem mikrokomputer cip tunggal

Dalam sistem mikrokomputer cip tunggal, input/output juga adalah garis kondukti sumber gangguan, dan sumber pick up untuk menerima isyarat gangguan frekuensi radio. Kita mesti mengambil tindakan yang efektif ketika merancang kompatibilitas elektromagnetik (EMC):

1) Guna sirkuit penahanan mod-umum/mod-berbeza yang diperlukan, dan juga mengambil tindakan penapisan dan perlindungan anti-elektromagnetik tertentu untuk mengurangi masukan gangguan.

2) Apabila syarat membenarkan, mengadopsi berbeza tindakan pengasingan (seperti pengasingan fotoelektrik atau pengasingan magnetoelektrik) sebanyak mungkin untuk menghalang penyebaran gangguan.

(3) Projek kompatibilitas elektromagnetik (EMC) papan PCB

Papan PCB adalah sokongan unsur sirkuit dan peranti dalam sistem mikrokomputer cip tunggal, dan ia menyediakan sambungan elektrik antara unsur sirkuit dan peranti. Dengan pembangunan cepat teknologi elektronik, ketepatan papan PCB semakin meningkat. Kualiti desain papan PCB mempunyai pengaruh besar pada kompatibilitas elektromagnetik (EMC) sistem mikrokomputer cip tunggal. Praktik telah membuktikan bahawa walaupun rancangan skematik sirkuit adalah betul dan papan sirkuit dicetak tidak betul, ia juga akan mempengaruhi tidak baik kepercayaan sistem mikrokomputer cip tunggal. Jika dua garis selari tipis papan sirkuit cetak dekat bersama-sama, ia akan menyebabkan keterlambatan dalam bentuk gelombang isyarat dan bentuk suara yang refleksi pada hujung garis penghantaran. Oleh itu, apabila merancang papan sirkuit cetak, kaedah yang betul patut diterima, prinsip umum desain papan PCB patut diikuti, dan keperluan desain untuk anti-gangguan patut dipenuhi. Untuk mendapatkan prestasi terbaik sirkuit elektronik, bentangan komponen dan bentangan wayar adalah sangat penting.

(4) Tindakan perlindungan kilat

Untuk sistem mikrokomputer cip tunggal yang digunakan di luar atau perkenalan garis kuasa dalam dan garis isyarat dari luar, perlindungan kilat sistem mesti dianggap. Peranti perlindungan kilat yang biasa digunakan ialah: tabung pembuangan gas, TVS, dll. Tabung pembuangan gas ialah apabila tenaga bekalan kuasa lebih besar dari nilai tertentu, biasanya puluh V atau ratusan V, pembuangan pembuangan gas, dan denyutan kejutan kuat pada garis kuasa dihimpunkan ke bumi. TVS boleh dilihat sebagai dua dioda Zener tersambung secara paralel dan dalam arah bertentangan, yang diaktifkan apabila tekanan di kedua-dua hujung lebih tinggi daripada nilai tertentu. Karakteristiknya ialah ia boleh melewati ratusan atau ribuan arus A secara transient.

(5) Ossilator

Kebanyakan pengendali mikro mempunyai sirkuit oscillator yang dipasang dengan kristal luar atau resonator keramik. Pada papan PCB, diperlukan wayar utama kondensator, kristal atau resonator keramik seharusnya pendek yang mungkin. Oscilator RC secara rahsia sensitif kepada isyarat gangguan, dan ia boleh menghasilkan siklus jam yang sangat pendek, jadi lebih baik untuk memilih resonator kristal atau keramik. Selain itu, shell kristal kuarz perlu ditanda.

Kaedah pemprosesan perisian untuk tindakan gangguan

Isyarat gangguan yang dijana oleh sumber gangguan elektromagnetik tidak dapat dihapuskan sepenuhnya dalam beberapa situasi tertentu (seperti dalam beberapa persekitaran elektromagnetik yang berat), dan akhirnya akan memasuki unit inti proses CPU, sehingga ia akan disintegrasikan dalam beberapa bulatan skala besar sering diganggu, mengakibatkan tidak berfungsi dengan betul atau berfungsi dalam keadaan ralat. Terutama, peranti seperti RAM yang menggunakan penyimpanan bistable untuk penyimpanan akan sering terbalik di bawah gangguan kuat, menyebabkan "0" yang disimpan awalnya menjadi "1" atau "1" kepada "0"; beberapa serial The transmission sequence and data will change due to interference; yang lebih serius akan menghancurkan beberapa parameter data penting, dll.; akibatnya sering sangat serius. Dalam kes ini, kualiti desain perisian mempengaruhi secara langsung kemampuan anti-gangguan seluruh sistem.

(1) Pengesanan RAM dan FLASH (ROM)

Apabila mengumpulkan program, lebih baik menulis beberapa program ujian untuk menguji kod data RAM dan FLASH (ROM) untuk melihat jika ada ralat. Apabila mereka berlaku, mereka mesti diperbaiki segera. Jika ia tidak dapat diperbaiki, penunjuk ralat mesti diberi pada masa untuk pengguna untuk menangani. . Ia tidak diperlukan untuk menambah kelebihan program apabila kita kumpil program. Menambah tiga atau lebih arahan NOP di suatu tempat tertentu mempunyai kesan preventif yang sangat efektif pada pengurusan semula program. Pada masa yang sama, diperlukan untuk memperkenalkan data bendera dan status pengesan dalam status berjalan program, untuk mengesan dan betulkan ralat pada masa.

(2) Langkah untuk menyimpan parameter penting

Dalam keadaan biasa, kita boleh guna pengesan ralat dan penyesuaian untuk mengurangi atau mengelakkan situasi ini. Menurut prinsip pengesan ralat dan pembetulan, idea utama ialah apabila data ditulis, sejumlah kod semak tertentu dijana menurut data ditulis dan disimpan bersama dengan data yang sepadan; bila dibaca, kod semak juga diperiksa pada masa yang sama Kod dibaca dan penghakiman dibuat. Jika ralat satu-bit berlaku, ia akan secara automatik diperbaiki, data yang betul akan dihantar keluar, dan data yang betul akan ditulis semula untuk menulis data yang salah asal pada masa yang sama; jika ralat dua-bit berlaku, laporan gangguan akan dijana dan CPU akan diberitahu untuk pengendalian pengecualian. Semua tindakan ini selesai secara automatik dengan rancangan perisian, dengan ciri-ciri kelulusan masa-sebenar dan automatik. Melalui rancangan seperti itu, kemampuan anti-gangguan sistem boleh diperbaiki jauh, dengan demikian meningkatkan kepercayaan sistem.

Prinsip pengesan ralat dan penyesuaian:

Pertama, mari kita lihat prinsip asas pengesan ralat dan perbaikan. Idea asas kawalan ralat ialah menambah kod berlebihan dengan cara yang berbeza ke kumpulan kod maklumat menurut peraturan tertentu, sehingga apabila maklumat dibaca, kod pengawasan berlebihan atau kod kalibrasi boleh digunakan untuk mencari atau automatik betulkan ralat. Mengingat ciri-ciri kejadian ralat, iaitu, rawak dan rawak kejadian ralat, ia hampir sentiasa rawak mempengaruhi sedikit dalam bait. Oleh itu, jika rancangan boleh membetulkan ralat sedikit secara automatik, dan Semak kaedah pengekodan untuk dua ralat. Boleh meningkatkan kepercayaan sistem.

(3) Kerana prosedur gangguan elektromagnetik, terdapat sekitar situasi berikut:

1) Program melarikan diri.

Situasi ini adalah hasil gangguan yang paling umum. Secara umum, sistem ujian bingkai penyunting semula sistem atau perisian yang baik cukup, dan ia tidak akan mempunyai banyak kesan pada seluruh sistem berjalan.

2) Gelung tak terbatas atau operasi kod program yang tidak normal.

Sudah tentu, gelung tak terbatas ini dan kod program yang tidak normal tidak ditulis secara sengaja oleh perancang. Kami tahu bahawa arahan program terdiri dari bait, beberapa adalah arahan satu-bait dan beberapa adalah arahan berbilang-bait. Apabila gangguan berlaku, penuding PC berlaku. Ubah, supaya kod program asal telah diubahsuai semula untuk menghasilkan kod program yang tidak dapat dijangka, kemudian, ralat semacam ini adalah fatal, ia mungkin mengubahsuai parameter data penting, boleh menghasilkan kawalan yang tidak dapat dijangka Sebuah siri keadaan ralat seperti output.

Yang di atas adalah desain dan pemprosesan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) sistem mikrokomputer cip tunggal dari dua aspek perkakasan dan perisian.