Thông tin PCB - Thiết kế khả năng tương thích điện từ từ bảng mạch PCB đến xử lý phần mềm

Từ thiết kế bảng mạch PCB cho đến xử lý phần mềm, tất cả đều giới thiệu xử lý tương thích điện từ. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp EMC1.1: Điện áp nguồn cao hơn có nghĩa là biên độ điện áp lớn hơn và lượng khí thải nhiều hơn, trong khi điện áp nguồn thấp hơn có thể ảnh hưởng đến độ nhạy. Trong hệ thống vi điều khiển tần số cao, gai hiện tại được tạo ra khi thiết bị được chuyển đổi; Trong các hệ thống tương tự, gai hiện tại được tạo ra khi dòng tải thay đổi.1.3 Nối đất: Trong tất cả các vấn đề EMC, vấn đề chính là do nối đất không đúng cách. Có ba cách tiếp đất tín hiệu: mặt đất đơn, mặt đất đa điểm và mặt đất hỗn hợp. Khi tần số dưới 1 MHz, có thể áp dụng phương pháp nối đất một điểm, nhưng không áp dụng cho tần số cao; Trong các ứng dụng tần số cao, nối đất đa điểm được sử dụng. Nối đất hỗn hợp là nối đất một điểm tần số thấp và nối đất đa điểm tần số cao. Bố trí của dây nối đất là chìa khóa và mạch nối đất của mạch kỹ thuật số tần số cao và mạch tương tự mức thấp không thể được trộn lẫn càng nhiều càng tốt. 1.4 Thiết kế bảng mạch PCB: Dây bảng mạch in chính xác (PCB) là rất quan trọng để ngăn chặn EMI. Dòng điện thoáng qua từ các nguồn di/dt cao gây ra đất và dấu vết để "phát ra" điện áp, trong khi di/dt cao tạo ra dòng điện tần số cao quy mô lớn thúc đẩy các thành phần và phát ra cáp. Những thay đổi trong dòng điện và cảm ứng đi qua dây dẫn dẫn đến giảm điện áp, có thể do giảm cảm ứng hoặc thay đổi dòng điện theo thời gian.

II. Phương pháp xử lý phần cứng đo nhiễu 2.1 Thiết kế tương thích điện từ của bảng mạch in Bảng mạch in là sự hỗ trợ của các thành phần mạch trong hệ thống chip đơn, cung cấp kết nối điện giữa các thành phần mạch và thiết bị. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, mật độ của bảng PCB ngày càng cao. Chất lượng thiết kế của bảng mạch PCB có ảnh hưởng lớn đến khả năng tương thích điện từ của hệ thống chip đơn. Thực tế đã chứng minh rằng ngay cả khi sơ đồ mạch được thiết kế chính xác và bảng mạch in không được thiết kế đúng cách, nó có thể ảnh hưởng xấu đến độ tin cậy của hệ thống chip đơn. Ví dụ, nếu hai đường song song tốt trên bảng mạch in rất gần nhau, sẽ có sự chậm trễ trong dạng sóng tín hiệu và tiếng ồn phản xạ ở cuối đường truyền. Do đó, khi thiết kế bảng mạch in, cần chú ý sử dụng đúng phương pháp, tuân thủ các nguyên tắc chung của thiết kế bảng mạch PCB và đáp ứng các yêu cầu thiết kế chống nhiễu. Để có được hiệu suất của mạch điện tử, bố trí của các thành phần và bố trí của dây là rất quan trọng.

2.2 Khả năng tương thích điện từ của đầu vào/đầu ra được thiết kế trong hệ thống chip đơn, đầu vào/đầu ra cũng là dây dẫn của nguồn gây nhiễu và cũng là nguồn thu nhận tín hiệu gây nhiễu tần số vô tuyến. Chúng tôi thường thực hiện các biện pháp hiệu quả khi thiết kế: (1) Áp dụng mạch ức chế chế độ chung/vi sai cần thiết và thực hiện một số biện pháp lọc và chống che chắn điện từ để giảm nhiễu. (2) Bất cứ khi nào có thể, các biện pháp cách ly khác nhau (chẳng hạn như cách ly quang điện hoặc cách ly từ điện) được thực hiện để ngăn chặn sự lây lan của nhiễu.

2.3 Thiết kế mạch đặt lại chip đơn Trong hệ thống chip đơn, hệ thống watchdog đóng một vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động của toàn bộ chip đơn. Vì không thể cô lập hoặc loại bỏ tất cả các nguồn gây nhiễu, các biện pháp xử lý thiết lập lại hệ thống kết hợp với phần mềm trở thành rào cản đối với việc phòng thủ sửa lỗi hiệu quả một khi CPU can thiệp vào hoạt động bình thường của chương trình. Có hai loại hệ thống reset thông thường: (1) Hệ thống reset bên ngoài. Các mạch "watchdog" bên ngoài có thể được thiết kế riêng hoặc được xây dựng với các chip "watchdog" chuyên dụng. Tuy nhiên, chúng có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Hầu hết các chip Watchdog chuyên dụng không phản ứng với tín hiệu "cho chó ăn" tần số thấp, nhưng thay vào đó có thể phản ứng với tín hiệu "cho chó ăn" tần số cao, do đó được tạo ra dưới tín hiệu "cho chó ăn" tần số thấp. Hành động đặt lại không xảy ra dưới tín hiệu "cho chó ăn" tần số cao. Bằng cách này, nếu hệ thống chương trình bị mắc kẹt trong một vòng lặp vô hạn, và vòng lặp này xảy ra với tín hiệu "cho chó ăn", sau đó thiết lập lại mạch không thể đạt được nó. Tuy nhiên, chúng tôi có thể thiết kế một hệ thống với mạch "cho chó ăn" và các mạch đặt lại khác, đó là một hệ thống giám sát bên ngoài rất hiệu quả. (2) Ngày nay, ngày càng có nhiều máy vi tính đơn có hệ thống đặt lại trên chip của riêng họ để người dùng có thể dễ dàng sử dụng bộ hẹn giờ đặt lại nội bộ của họ. Tuy nhiên, các hướng dẫn đặt lại cho một số mô hình chip đơn quá đơn giản. Bằng cách này, lệnh "cho chó ăn" như vòng lặp vô hạn ở trên cũng sẽ xuất hiện, khiến nó mất chức năng giám sát. Một số hướng dẫn đặt lại vị trí trên chip tốt hơn. Thông thường, chúng chuyển đổi tín hiệu "cho chó ăn" thành nhiều hướng dẫn ở định dạng cố định và thực hiện theo trình tự. Nếu một số lỗi xảy ra, thao tác "cho chó ăn" không hiệu quả, giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy của mạch đặt lại.

Hầu hết các vi điều khiển đều có một mạch dao động được ghép nối với một bộ cộng hưởng tinh thể hoặc gốm bên ngoài. Trên bảng PCB, các dây dẫn cho tụ điện bên ngoài, tinh thể hoặc bộ cộng hưởng gốm được yêu cầu càng ngắn càng tốt. Bộ dao động RC có khả năng nhạy cảm với tín hiệu nhiễu và có thể tạo ra chu kỳ xung nhịp rất ngắn, vì vậy hãy chọn bộ cộng hưởng tinh thể hoặc gốm. Ngoài ra, vỏ của tinh thể thạch anh nên được nối đất.

2.5 Các biện pháp chống sét Hệ thống chip đơn được sử dụng ngoài trời hoặc dây nguồn, dây tín hiệu được đưa vào trong nhà từ bên ngoài phải được xem xét để ngăn chặn sét đánh của hệ thống. Các thiết bị chống sét thường được sử dụng là: ống xả khí, TVS, v.v... Ống xả khí là khi điện áp cung cấp lớn hơn một giá trị nhất định, thường là hàng chục hoặc hàng trăm volt, khí bị lỗi và xả, xung mạnh trên dây nguồn được hướng dẫn xuống mặt đất. TVS có thể được coi là hai diode Zener song song và theo hướng ngược lại, dẫn điện khi điện áp ở cả hai đầu cao hơn một giá trị nhất định. Nó được đặc trưng bởi dòng điện có thể đi qua hàng trăm hoặc hàng ngàn A.3 ngay lập tức. Phương pháp xử lý phần mềm đo nhiễu Tín hiệu nhiễu được tạo ra bởi các nguồn nhiễu điện từ không thể loại bỏ hoàn toàn trong một số trường hợp cụ thể (chẳng hạn như trong một số môi trường điện từ tương đối khắc nghiệt) sẽ đi vào đơn vị được xử lý bởi CPU và do đó thường bị nhiễu trong một số mạch tích hợp lớn, khiến chúng không hoạt động đúng hoặc hoạt động sai trạng thái. Đặc biệt là các thiết bị như RAM sử dụng lưu trữ trạng thái ổn định kép, thường bị lật dưới sự can thiệp mạnh, làm cho "0" lưu trữ ban đầu trở thành "1", hoặc "1" trở thành "0"; Thời gian và dữ liệu của một số truyền nối tiếp có thể thay đổi do nhiễu; Nghiêm trọng hơn, nó phá vỡ một số thông số dữ liệu quan trọng, v.v.; Hậu quả thường rất nghiêm trọng. Trong trường hợp này, chất lượng của thiết kế phần mềm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống nhiễu của toàn bộ hệ thống.

3.1 Do nhiễu điện từ, chương trình sẽ xuất hiện một số tình huống sau: (1) Chạy chương trình. Tình trạng này là kết quả của sự can thiệp phổ biến. Nói chung, một hệ thống thiết lập lại tốt hoặc hệ thống đo lường khung phần mềm là đủ và nó không ảnh hưởng nhiều đến toàn bộ hệ thống đang chạy. (2) Vòng lặp vô hạn hoặc hoạt động mã chương trình bất thường. Tất nhiên, các vòng lặp vô hạn và mã chương trình ngoại lệ này không được viết một cách có chủ ý bởi các nhà thiết kế. Chúng ta biết rằng các lệnh của chương trình được tạo thành từ các byte, một số là các lệnh đơn byte và một số là các lệnh đa byte. Con trỏ PC xuất hiện khi có nhiễu. Thay đổi để tổ chức lại mã chương trình ban đầu, tạo ra mã chương trình thực thi không thể đoán trước, sau đó lỗi này là chết người, nó có thể sửa đổi các tham số dữ liệu quan trọng và có thể tạo ra một loạt các trạng thái lỗi như đầu ra điều khiển không lường trước được.

3.2 Các biện pháp lưu trữ cho các thông số quan trọng Nói chung, chúng tôi có thể sử dụng phát hiện lỗi và sửa chữa để giảm hoặc tránh tình trạng này một cách hiệu quả. Theo nguyên tắc kiểm tra và sửa lỗi, ý tưởng chính là khi dữ liệu được ghi, một số mã kiểm tra nhất định được tạo ra dựa trên dữ liệu được ghi và được lưu trữ cùng với dữ liệu tương ứng; Đọc code và đưa ra quyết định Nếu có một bit lỗi, nó sẽ được tự động sửa, gửi dữ liệu chính xác và đồng thời, dữ liệu đã sửa sẽ được ghi lại để ghi đè lên dữ liệu lỗi ban đầu; Nếu có lỗi hai bit, ngắt sẽ được tạo ra và CPU được thông báo để xử lý ngoại lệ. Tất cả các hành động này được thực hiện tự động thông qua thiết kế phần mềm, với các tính năng thời gian thực và tự động hoàn thành. Với thiết kế như vậy, khả năng chống nhiễu của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể và do đó độ tin cậy của hệ thống có thể được cải thiện. Nguyên tắc phát hiện và sửa lỗi: Trước tiên chúng ta hãy xem xét các nguyên tắc cơ bản của phát hiện và sửa lỗi. Ý tưởng cơ bản của kiểm soát lỗi là thêm mã dự phòng vào nhóm mã thông tin theo những cách khác nhau theo các quy tắc nhất định, do đó dựa vào mã giám sát dự phòng hoặc mã kiểm tra để phát hiện hoặc tự động sửa lỗi khi đọc thông tin. Tùy thuộc vào đặc điểm của sự xuất hiện lỗi bit, tức là tính ngẫu nhiên và ngẫu nhiên của sự xuất hiện lỗi, nó hầu như luôn ảnh hưởng ngẫu nhiên đến một bit trong một byte nhất định. Vì vậy, nếu nó có thể được thiết kế để tự động sửa lỗi một bit và kiểm tra mã hóa lỗi hai chữ số. Nó có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy của hệ thống.

3.3 Phát hiện RAM và FLASH (ROM) Khi lập trình, chúng tôi viết một số chương trình kiểm tra để kiểm tra mã dữ liệu của RAM và FLASHROM để xem có lỗi hay không. Một khi nó xảy ra, nó phải được sửa chữa ngay lập tức. Nếu không thể sửa chữa, cần phải đưa ra chỉ dẫn lỗi kịp thời để người dùng xử lý. Thêm ba hoặc nhiều chỉ thị NOP ở đâu đó có thể ngăn chặn hiệu quả việc tổ chức lại chương trình. Đồng thời, dữ liệu cờ và trạng thái phát hiện nên được giới thiệu trong trạng thái hoạt động của chương trình để phát hiện và sửa lỗi bảng PCB kịp thời.