PCB部落格 - 從PCB板到軟件處理的電磁相容性設計

從 電路板 設計 of the single-chip microcomputer to the software processing is to introduce the processing of electromagnetic compatibility.
1 Factors affecting EMC
1.1電壓：更高的電源電壓意味著更大的電壓幅值和更多的發射, 而較低的電源電壓會影響靈敏度.
1.2.頻率：高頻產生更多發射, 週期信號產生更多的排放. 在高頻微控制器系統中, 當設備切換時，產生電流尖峰； 在類比系統中, 負載電流變化時會產生電流尖峰.
1.3.接地：在所有EMC問題中, 主要問題是接地不當引起的. 有3種訊號接地方法：單點, 多點, 和混合. 當頻率低於1MHz時, 可以使用單點接地方法, 但不適用於高頻； 在高頻應用中, 採用多點接地. 混合接地是一種用於低頻的單點接地方法和用於高頻的多點接地方法. 地線的佈局是關鍵, 高頻數位電路和低電平類比電路的接地電路不能盡可能混合.
1.4 PCB Board Design: Proper printed circuit board (PCB) routing is critical to preventing EMI.
1.5電源去耦：設備切換時, 在電源線上產生瞬態電流, 這些瞬態電流必須衰减和過濾. 來自高di的瞬態電流/dt源導致接地和軌跡“觸發”電壓, 和高di/dt產生大規模高頻電流，激勵元件並輻射電纜. 通過導線的電流和電感的變化會導致電壓降, 這可能是由於電感减小或電流隨時間變化引起的.

第二, the hardware processing method of interference measures
2.1電磁相容設計 印刷電路板 (PCB)
The PCB板 是單片機系統中電路元件和設備的支持, 它提供電路組件和設備之間的電力連接. 隨著電子技術的飛速發展, 密度 PCB板s越來越高. 質量 PCB板 設計對單片機系統的電磁相容性有很大影響. 實踐證明，即使電路原理圖設計正確，印刷電路板設計不當, 這也將對單片機系統的可靠性產生不利影響. 例如, 如果印刷電路板上的兩條細平行線非常靠近, 傳輸線末端的訊號波形和反射雜訊將延遲. 因此, 設計印刷電路板時, 應注意使用正確的方法, 遵守 PCB板 design, 並應滿足抗干擾設計要求. 獲得電子電路的效能, 元件佈局和導線佈局非常重要.

2.2輸入的電磁相容性設計/output
In the single-chip microcomputer system, 輸入/輸出也是干擾源的傳導線, 以及用於接收射頻干擾訊號的拾取源. We generally take effective measures when designing:
(1) Adopt necessary common mode/差模抑制電路, 並採取一定的濾波和抗電磁遮罩措施，以减少干擾.
(2) Take various isolation measures (such as photoelectric isolation or magnetoelectric isolation) as far as possible to block the spread of interference.

2.3 Design of MCU reset circuit
In the single-chip microcomputer system, 看門狗系統在整個單片機的運行中起著特別重要的作用. 因為無法隔離或移除所有干擾源, 一旦CPU干擾了程式的正常運行, 重置系統與軟件相結合的處理措施成為有效糾錯防禦的障礙. There are two commonly used reset systems:
(1) External reset system. 外部“看門狗”電路可以自行設計，也可以使用特殊的“看門狗”晶片構建. 然而, 它們各有優缺點. 大多數專用“看門狗”晶片無法響應低頻“喂狗”訊號, 但可以響應高頻“喂狗”訊號, 這樣就可以在低頻下產生“喂狗”訊號. 在高頻“喂狗”訊號下不會發生復位動作. 以這種管道, 如果程式系統陷入無限迴圈, 迴圈恰好有“喂狗”的訊號, 則復位電路無法實現. 正確的功能. 然而, 我們可以設計一個帶有帶通“喂狗”電路和其他復位電路的系統，這是一個非常有效的外部監控系統.
(2) Nowadays, 越來越多的單片機有自己的片上復位系統, 囙此，用戶可以輕鬆使用其內部重置計時器. 然而, 一些型號的單片機有太簡單的復位指令. 以這種管道, 還有“喂狗”指令，如上面的無限迴圈, 使其失去監控功能. 一些單片機的片上復位指令更好. 通常地, 它們將“喂狗”訊號以固定格式寫入多條指令，並按順序執行. 如果有某種錯誤, “喂狗”操作無效, 大大提高了復位電路的可靠性.

2.4 Oscillator
Most microcontrollers have an oscillator circuit coupled to an external crystal or ceramic resonator. 上 PCB板, 要求外部電容器的引線, 晶體或陶瓷諧振器應盡可能短. RC振盪器對干擾訊號具有潜在敏感性，可以產生很短的時鐘週期, 囙此選擇晶體或陶瓷諧振器. 此外, 石英晶體的外殼應接地.

2.5 Lightning protection measures
The single-chip microcomputer system used outdoors or the power lines and signal lines introduced into the room from the outside should be considered against the lightning strike of the system. 常用的防雷裝置有：氣體放電管, 電視等. 氣體放電管是在電源電壓大於某個值時使用的, 通常為數十或數百V, 氣體分解並放電, 電力線上的强衝擊脈衝被引導到地面. TVS可以被視為兩個平行且方向相反的齊納二極體, 當兩端的電壓高於某個值時開啟. 其特點是，它可以暫態通過數百或數千A的電流.

3. Software processing method for interference measures
The interference signal generated by the electromagnetic interference source cannot be completely eliminated in some specific cases (such as in some cases where the electromagnetic environment is relatively harsh), 並將輸入CPU處理的單元, 囙此在一些大型集成電路中經常可能會受到干擾, 導致其不能正常工作或在錯誤狀態下工作. 尤其是像RAM這樣使用雙穩態存儲的設備, 它經常在强烈干擾下翻轉, 使原始存儲的“0”變為“1”, 或“1”變為“0”； 某些串列傳輸的定時和數據會因干擾而改變； 更嚴重的是, 它會破壞一些重要的數據參數, 等.； 後果往往非常嚴重. 在這種情況下, 軟體設計的質量直接影響到整個系統的抗干擾能力.

3.1 The program will be roughly in the following situations due to electromagnetic interference:
(1) The program runs away. 這種情況是常見的干擾結果. 一般來說, 一個良好的重置系統或軟件框架量測系統就足够了, 它不會對整個運行系統產生太大影響.
(2) Infinite loop or abnormal program code operation. 當然, 這種無限迴圈和异常程式碼不是設計者故意編寫的. 我們知道程式的指令是由位元組組成的, 有些是單位元組指令，有些是多位元組指令. 發生干擾時, PC指針出現. 改變, 囙此，原始程式碼被重新組織，以生成不可預測的可執行程式碼, 然後, 這種錯誤是致命的, 它可能會修改重要的數據參數, 並且可能會產生不可預測的控制一系列錯誤狀態，例如輸出.

3.2 Measures for storage of important parameters
In general, 我們可以使用錯誤檢測和糾正來有效减少或避免這種情況. 根據誤差檢測和校正原理, 主要思想是當數據寫入, 根據寫入的數據生成一定數量的校驗碼，並與相應的數據一起存儲； 閱讀程式碼並做出决定. 如果有一比特錯誤, 它將自動校正, 將發送正確的數據, 同時, 更正後的數據將被寫回，以覆蓋原始錯誤數據； 如果有兩位錯誤, 將生成中斷，並通知CPU進行異常處理. 所有這些動作都由軟體設計自動完成, 具有實时自動完成的特點. 通過這樣的設計, 系統的抗干擾能力可以大大提高, 從而提高了系統的可靠性. 錯誤檢測和糾正的原則：讓我們首先看看錯誤檢測和糾正的基本原則. 差錯控制的基本思想是根據一定的規則以不同的管道向資訊程式碼組中添加冗餘程式碼, 以便在讀取資訊時，依靠冗餘的監控程式碼或檢查程式碼查找或自動校正錯誤. 根據誤碼發生的特點, 那就是, 錯誤發生的隨機性和隨機性, it almost always affects a bit (bit) in a certain byte at random. 因此, 如果可以設計為自動糾正比特錯誤, 並檢查兩位數錯誤編碼. 它可以大大提高系統的可靠性.

3.3 Detection of RAM and FLASH (ROM)
When programming, we write some testing programs to test the data codes of RAM and FLASH (ROM) to see if there is any error. 一旦發生, 應立即糾正. 如果無法糾正, 應及時給出錯誤訓示，以便用戶能够處理. 編譯程式時，添加程式冗餘是必不可少的. 在某個位置添加3條或更多NOP指令可以有效防止程式重組. 同時, 標誌數據和檢測狀態應在程式的運行狀態中引入, 以便檢測和糾正 PCB板 時間錯誤.