Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Design der elektromagnetischen Kompatibilität des PCB Board Microcontroller Systems
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Design der elektromagnetischen Kompatibilität des PCB Board Microcontroller Systems

2022-02-11
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Author:pcb

Im Folgenden soll die Verarbeitung der elektromagnetischen Verträglichkeit aus dem Leiterplatte Design des Single-Chip Mikrocomputers bis hin zur Softwareverarbeitung.
1. Factors affecting EMC
1.1 Spannung: Höhere Versorgungsspannung bedeutet größere Spannungsamplitude und mehr Emissionen, während niedrigere Versorgungsspannung die Empfindlichkeit beeinflusst.
1.2 Frequenz: Hohe Frequenzen erzeugen mehr Emissionen, periodische Signale erzeugen mehr Emissionen. In einem Hochfrequenz-Mikrocontroller-System, Ein Stromspitze wird erzeugt, wenn das Gerät schaltet; in einem analogen System, Ein Stromspitze wird erzeugt, wenn sich der Laststrom ändert.
1.3 Erdung: Unter allen EMV-Problemen, Das Hauptproblem wird durch unsachgemäße Erdung verursacht. Es gibt drei Methoden der Signalerdung: Single-Point, Mehrpunkt, und gemischt. Wenn die Frequenz niedriger als 1MHz ist, Die Einpunkt-Erdungsmethode kann verwendet werden, aber es ist nicht für Hochfrequenz geeignet; in Hochfrequenzanwendungen, Mehrpunkt-Erdung wird verwendet. Hybrid-Erdung ist ein Ein-Punkt-Erdungsverfahren für niedrige Frequenzen und Mehrpunkt-Erdung für hohe Frequenzen. Das Layout des Erdungskabels ist der Schlüssel, und die Masseschaltungen von Hochfrequenz-Digitalschaltungen und Low-Level-Analogschaltungen können nicht so weit wie möglich gemischt werden.
1.4 Leiterplatte Design: Proper printed circuit board (Leiterplatte) routing is critical to preventing EMI.
1.5 Netzteilentkopplung: Wenn das Gerät schaltet, Transientströme werden auf der Stromversorgungsleitung erzeugt, und diese transienten Ströme müssen abgeschwächt und gefiltert werden. Transientenströme aus hohen di/dt-Quellen verursachen Erdung und Spuren zu "schießen" Spannungen, und hoch di/dt erzeugt großflächige Hochfrequenzströme, die Bauteile anregen und Kabel ausstrahlen. Änderungen im Stromfluss und der Induktivität durch den Draht verursachen einen Spannungsabfall, was durch Verringerung der Induktivität oder Änderungen des Stroms im Laufe der Zeit verursacht werden kann.

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2. Die hardware processing method of interference measures
2.1 Entwurf der elektromagnetischen Verträglichkeit Leiterplatten
The Leiterplatte ist die Unterstützung der Schaltungskomponenten und Geräte im Ein-Chip-Mikrocomputersystem, und es stellt die elektrische Verbindung zwischen den Schaltungskomponenten und den Geräten zur Verfügung. Mit der rasanten Entwicklung der elektronischen Technologie, die Dichte von Leiterplattes wird immer höher und höher. Die Qualität der Leiterplatte Design hat einen großen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit des Ein-Chip-Mikrocomputersystems. Die Praxis hat bewiesen, dass auch wenn der Schaltplan korrekt ist und das Leiterplattendesign falsch ist, Es wird sich auch nachteilig auf die Zuverlässigkeit des Ein-Chip-Mikrocomputersystems auswirken. Zum Beispiel, wenn zwei dünne parallele Linien auf einer Leiterplatte sehr nah beieinander liegen, Es wird eine Verzögerung in der Signalwellenform und Reflexionsrauschen am Ende der Übertragungsleitung geben. Daher, bei der Gestaltung einer Leiterplatte, Es sollte auf die richtige Methode geachtet werden, Einhaltung der allgemeinen Grundsätze Leiterplatte design, und sollte die Entwurfsanforderungen für Interferenzschutz erfüllen. Um die Leistung elektronischer Schaltungen zu erhalten, Das Layout der Komponenten und das Layout der Drähte sind sehr wichtig.
2.2 Auslegung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Eingangs/output
In the single-chip microcomputer system, die Eingabe/Ausgang ist auch die Leitungsleitung der Störquelle, und die Aufnahmequelle für den Empfang des Hochfrequenzstörsignals. We generally take effective measures when designing:
1) Use the necessary common mode/Differenzmodus Unterdrückung Schaltung, und ergreifen Sie auch bestimmte Filter- und anti-elektromagnetische Abschirmmaßnahmen, um die Störung zu reduzieren.
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 MCU system, Das Watchdog-System spielt eine besonders wichtige Rolle beim Betrieb der gesamten MCU. Da nicht alle Störquellen isoliert oder entfernt werden können, sobald die CPU den normalen Betrieb des Programms stört, Die Behandlungsmaßnahmen werden zur Barriere für eine effektive Fehlerkorrekturabwehr. There are two commonly used reset systems:
1) External reset system. Die externe "Watchdog"-Schaltung kann selbst entworfen oder mit einem speziellen "Watchdog"-Chip gebaut werden. Allerdings, sie haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die meisten dedizierten "Watchdog"-Chips können nicht auf das niederfrequente "Feed the Dog"-Signal reagieren, kann aber auf das Hochfrequenzsignal "füttern Sie den Hund" reagieren, so dass es unter dem niederfrequenten Signal "füttern Sie den Hund" erzeugt werden kann. Die Reset-Aktion tritt nicht unter dem Hochfrequenzsignal "füttern Sie den Hund" auf. Auf diese Weise, wenn das Programmsystem in eine Endlosschleife fällt, und die Schleife hat zufällig das Signal "füttere den Hund", dann kann der Reset-Schaltkreis es nicht realisieren. die richtige Funktion. Allerdings, Wir können ein System mit einem Bandpass "Feed the Dog" Schaltkreis und anderen Reset Schaltkreisen entwerfen, das ein sehr effektives externes Überwachungssystem ist.
2) Nowadays, Immer mehr Einzelchip-Mikrocomputer verfügen über ein eigenes On-Chip-Reset-System, so dass Benutzer ihre internen Reset-Timer einfach verwenden können. Allerdings, Einige Modelle von Einzelchip-Mikrocomputern haben zu einfache Reset-Anweisungen, Es wird also auch ein "füttere den Hund" Befehl geben, wie die obige Endlosschleife, wodurch es seine Überwachungsfunktion verliert. Einige Mikrocontroller haben bessere On-Chip Reset Anweisungen. Allgemein, Sie machen das Signal "füttern Sie den Hund" in mehrere Anweisungen in einem festen Format und führen diese nacheinander aus. Wenn ein bestimmter Fehler vorliegt, die Operation "den Hund füttern" ist ungültig. Die Zuverlässigkeit des Reset-Schaltkreises wird verbessert.
2.4 Oscillator
Most microcontrollers have an oscillator circuit coupled to an external crystal or ceramic resonator. Auf der Leiterplatte, Es ist erforderlich, dass die Leitungen von externen Kondensatoren, Kristalle oder keramische Resonatoren so kurz wie möglich sein. RC-Oszillatoren haben latente Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen und können sehr kurze Taktzyklen erzeugen, so werden Kristall- oder Keramikresonatoren ausgewählt. Darüber hinaus, Das Gehäuse des Quarzkristalls sollte geerdet werden.
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. Häufig verwendete Blitzschutzgeräte sind: Gasentladungsrohr, TVS und so weiter. Das Gasentladungsrohr ist, wenn die Spannung der Stromversorgung größer als ein bestimmter Wert ist, in der Regel Dutzende oder Hunderte von V, das Gas bricht zusammen und entlädt sich, und der starke Impulsimpuls an der Stromleitung wird in den Boden geführt. TVS kann als zwei Zenerdioden parallel und in entgegengesetzte Richtungen betrachtet werden, die eingeschaltet werden, wenn die Spannung an beiden Enden höher als ein bestimmter Wert ist. Seine Eigenschaft ist, dass es vorübergehend Ströme von Hunderten oder Tausenden von A passieren kann.

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), und wird die Einheit eingeben, die von der CPU verarbeitet wird, so dass in einigen großen integrierten Schaltkreisen häufig Störungen auftreten können, Ursache dafür, dass es nicht richtig funktioniert oder im falschen Zustand funktioniert. Besonders ein Gerät wie RAM, das bistable für die Speicherung verwendet, es dreht sich oft unter starker Störung, so dass das ursprünglich gespeicherte "0" zu "1" wird, oder "1" wird "0"; Der Zeitpunkt und die Daten der Übertragung ändern sich aufgrund von Störungen; ernster, Es wird einige wichtige Datenparameter zerstören, etc.; die Folgen sind oft sehr schwerwiegend. In diesem Fall, Die Qualität des Softwaredesigns wirkt sich direkt auf die Anti-Interferenz-Fähigkeit des gesamten Systems aus.
3.1 The program will be roughly in the following situations due to electromagnetic interference:
1) The program runs away. Diese Situation ist ein häufiges Störungsergebnis. Im Allgemeinen, Ein gutes Reset-System oder Software Frame Messsystem ist ausreichend, und es wird nicht viel Einfluss auf das gesamte laufende System haben.
2) Infinite loop or abnormal program code running. Natürlich, Diese Art von Endlosschleife und abnormer Programmcode werden nicht absichtlich von den Designern geschrieben. Wir wissen, dass die Anweisungen des Programms aus Bytes bestehen, Einige sind Single-Byte-Anweisungen und einige sind Multi-Byte-Anweisungen. Wenn die Störung auftritt, der PC-Zeiger erscheint. Veränderung, so dass der ursprüngliche Programmcode neu organisiert wird, um unvorhersehbaren ausführbaren Programmcode zu erzeugen, dann, Diese Art von Fehler ist fatal, es kann wichtige Datenparameter ändern, Eine Reihe von Fehlerzuständen wie z.B. Ausgabe.
3.2 Measures for storage of important parameters
In general, Wir können Fehlererkennung und -korrektur verwenden, um diese Situation effektiv zu reduzieren oder zu vermeiden. Nach dem Prinzip der Fehlererkennung und -korrektur, Die Hauptidee ist, dass wenn Daten geschrieben werden, eine bestimmte Anzahl von Prüfcodes anhand der schriftlichen Daten generiert und zusammen mit den entsprechenden Daten gespeichert wird; Lesen Sie den Code und treffen Sie eine Entscheidung. Wenn ein One-Bit-Fehler vorliegt, es wird automatisch korrigiert, die korrekten Daten werden gesendet, und gleichzeitig, die korrigierten Daten werden zurückgeschrieben, um die ursprünglichen falschen Daten zu decken; wenn ein Zwei-Bit-Fehler vorliegt, Es wird ein Interrupt generiert und die CPU wird für die Ausnahmebehandlung benachrichtigt. Alle diese Aktionen werden automatisch durch Softwaredesign abgeschlossen, und haben die Eigenschaften der Echtzeit- und automatischen Vervollständigung. Durch ein solches Design, Die Anti-Interferenz Fähigkeit des Systems kann stark verbessert werden, dadurch die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern. Prinzipien der Fehlererkennung und -korrektur: Schauen wir uns zunächst die Grundprinzipien der Fehlererkennung und -korrektur an. Die Grundidee der Fehlerkontrolle besteht darin, Redundanzcodes auf verschiedene Weise der Informationscodegruppe nach bestimmten Regeln hinzuzufügen, um sich auf den redundanten Überwachungscode oder Prüfcode zu verlassen, um Fehler beim Lesen der Informationen zu finden oder automatisch zu korrigieren. Entsprechend den Eigenschaften des Bitfehlers Auftreten, das ist, die Zufälligkeit und Zufälligkeit des Auftretens von Fehlern, it almost always affects a certain bit (bit) in a certain byte randomly. Daher, wenn es entworfen werden kann, um automatisch einen Bitfehler zu korrigieren, und auf zweistellige Fehlerkodierung überprüfen. Es kann die Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessern.
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. Sobald es auftritt, es sollte unverzüglich korrigiert werden. Wenn es nicht korrigiert werden kann, Eine Fehleranzeige sollte rechtzeitig gegeben werden, damit Benutzer damit umgehen können. Es ist unerlässlich, Programmredundanz hinzuzufügen, wenn wir Programme kompilieren. Das Hinzufügen von drei oder mehr NOP-Anweisungen an einem bestimmten Ort kann eine Neuorganisation des Programms effektiv verhindern. Zur gleichen Zeit, Flag-Daten und Erkennungszustand sollten im laufenden Zustand des Programms eingeführt werden, um zu erkennen und zu korrigieren Leiterplatte Fehler in der Zeit.