PCB-Technologie - Elektromagnetische Kompatibilität (EMV) Design von Single Chip Mikrocomputer System

Die Auslegung der elektromagnetistchen Verträglichkeit (EMV) der Ein-Chip-Mikrocomputersystem in diesem Artikel erwähnt wird hauptsächlich DesignAus den beiden Aspekten Hard- und Svontware. Nächster, die Auslegung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) aus dem Leiterplatte Design Der Ein-Chip-Mikrocomputer wird in die Softwareverarbeitung eingeführt. Handle.

Einflussfaktoren auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

((1)) Leiterplatte DesignRichtig Leiterplatte wiring is essential to prevent electromagnetic interference (EMI).

(2) Spannung: Je höher die Versorgungsspannung, desto größer die Spannungsamplitude, desto mehr Emission, und die niedrige Versorgungsspannung beeinflusst die Empfindlichkeit.

(3) Leistungsentkopplung: Wenn das Gerät ein- und ausgeschaltet wird, werden transiente Ströme auf der Stromleitung erzeugt, und diese transienten Ströme müssen abgeschwächt und gefiltert werden. Transiente Ströme aus hohen Di/dt-Quellen verursachen Erdungs- und Spurenemissionsspannungen. High di/dt erzeugt ein breites Spektrum an hochfrequenten Strömen, die Bauteile und Kabel zum Ausstrahlen anregen. Die Stromänderung und Induktivität, die durch den Draht fließt, verursachen einen Spannungsabfall, der durch Verringerung der Induktivität oder der Stromänderung im Laufe der Zeit minimiert werden kann.

(4) Erdung: Bei allen Problemen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) wird das Hauptproblem durch unsachgemäße Erdung verursacht. Es gibt drei Signalerdungsmethoden: Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung und gemischte Erdung. Wenn die Frequenz niedriger als 1MHz ist, kann das Einzelpunkt-Erdungsverfahren verwendet werden, aber es ist nicht für Hochfrequenz geeignet; In Hochfrequenzanwendungen ist es am besten, Mehrpunkt-Erdung zu verwenden. Hybrid-Erdung ist ein Ein-Punkt-Erdungsverfahren für Niederfrequenz und Mehrpunkt-Erdung für Hochfrequenz. Das Erdungskabellayout ist der Schlüssel, und die Erdungskreisläufe von Hochfrequenz-Digitalschaltungen und niederwertigen analogen Schaltungen dürfen nicht gemischt werden.

(5) Frequenz: Hochfrequenz produziert mehr Emission, und periodisches Signal produziert mehr Emission. Im Hochfrequenz-Einzelchip-Mikrocomputersystem wird das Stromspitzensignal erzeugt, wenn das Gerät geschaltet wird; Im analogen System wird das Stromspitzensignal erzeugt, wenn sich der Laststrom ändert.

Hardwareverarbeitungsverfahren für Interferenzmaßnahmen

(1) Design der MCU Reset Schaltung

In der Ein-Chip-Mikrocomputersystem, Das Watchdog-System spielt eine besonders wichtige Rolle beim Betrieb des gesamten Single-Chip-Mikrocomputers. Da nicht alle Störquellen isoliert oder eliminiert werden können, sobald die CPU den normalen Betrieb des Programms stört, Das Reset-System wird mit Softwareverarbeitung kombiniert Die Maßnahmen sind zu einer wirksamen Abwehr gegen Fehlerkorrektur geworden. Es gibt zwei gängige Reset-Systeme:

1) Externes Reset-System.

Die externe "Watchdog"-Schaltung kann selbst entworfen oder mit einem speziellen "Watchdog"-Chip gebaut werden. Sie haben jedoch ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die meisten dedizierten "Watchdog"-Chips können nicht auf niederfrequente "Fütterhundsignale" reagieren, während hochfrequente "Fütterhundsignale" reagieren können, so dass sie unter niederfrequenten "Fütterhundsignalen" erzeugt werden können. Die Reset-Aktion erzeugt keine Reset-Aktion unter dem hochfrequenten "Fütterungshund"-Signal. Auf diese Weise, wenn das Programmsystem in einer Endlosschleife gefangen ist und es zufällig ein "Fütterungshund"-Signal in der Schleife gibt, dann kann die Reset-Schaltung es nicht realisieren. Die Funktion, die es haben sollte. Wir können jedoch ein System mit einem Bandpass "Fütterungshund" Schaltkreis und anderen Reset Schaltkreisen entwerfen, um ein sehr effektives externes Überwachungssystem zu bilden.

2) On-Chip Reset System.

Jetzt haben immer mehr Einzelchip-Mikrocomputer ihr eigenes On-Chip-Reset-System, so dass Benutzer ihren internen Reset-Timer einfach verwenden können. Es gibt jedoch einige Modelle von Einzelchip-Mikrocomputern, deren Reset-Anweisungen zu einfach sind. Es gibt eine "Fütterhund"-Anweisung wie die oben erwähnte Endlosschleife, die es seine Überwachungsfunktion verliert. Einige Mikrocontroller verfügen über On-Chip-Reset-Anweisungen, die besser funktionieren. Im Allgemeinen machen sie das Signal "fütternder Hund" in mehrere Anweisungen in einem festen Format und führen diese in der Folge aus. Wenn es einen bestimmten Fehler gibt, ist die Operation "Fütterung Hund" ungültig. Die Zuverlässigkeit der Reset-Schaltung wurde verbessert.

(2) Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Ein-/Ausgangs im Ein-Chip-Mikrocomputersystem

Im Einzelchip-Mikrocomputersystem ist der Eingang/Ausgang auch die Leitungsleitung der Störquelle und die Aufnahmequelle für den Empfang des Hochfrequenzstörsignals. Bei der Auslegung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) müssen wir wirksame Maßnahmen ergreifen:

1) Verwenden Sie die erforderlichen Gleichtakt-/Differenzmodus Unterdrückungsschaltungen und ergreifen Sie auch bestimmte Filter- und anti-elektromagnetische Abschirmungsmaßnahmen, um den Eintritt von Störungen zu reduzieren.

2) Wenn die Bedingungen es zulassen, ergreifen Sie verschiedene Isolationsmaßnahmen (wie photoelektrische Isolation oder magnetoelektrische Isolation) so weit wie möglich, um die Ausbreitung von Störungen zu blockieren.

(3) Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Design der Leiterplatte

Die PCBBrett ist die Unterstützung der Schaltungselemente und Geräte in der Ein-Chip-Mikrocomputersystem, und es stellt elektrische Verbindungen zwischen den Schaltungselementen 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 großen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Ein-Chip-Mikrocomputersystem. Die Praxis hat bewiesen, dass auch wenn der Schaltplan Design ist korrekt und die gedruckte Schaltung Brett is Designunsachgemäß, Es wird auch die Zuverlässigkeit der Ein-Chip-Mikrocomputersystem. Wenn die beiden dünnen parallelen Linien der Leiterplatte Brett sind nah beieinander, Es verursacht eine Verzögerung in der Signalwellenform und bildet reflektiertes Rauschen am Ende der Übertragungsleitung. Daher, wenn Designg einer gedruckten Schaltung Brett, die richtige Methode anzuwenden, die allgemeinen Grundsätze Leiterplatte Design sollte befolgt werden, und die Design Anforderungen an Interferenzschutz sollten erfüllt werden. Um die beste Leistung der elektronischen Schaltung zu erhalten, Die Anordnung der Komponenten und die Anordnung der Drähte sind sehr wichtig.

(4) Blitzschutzmaßnahmen

Für das Single-Chip-Mikrocomputersystem im Außenbereich oder die Einführung von Innen- und Signalleitungen von außen ist der Blitzschutz des Systems zu berücksichtigen. Häufig verwendete Blitzschutzgeräte sind: Gasentladungsrohr, TVS, etc. Das Gasentladungsrohr ist, wenn die Spannung der Stromversorgung größer als ein bestimmter Wert ist, normalerweise Dutzende von V oder Hunderte von V, die Gasausfallentladungen, und der starke Schockimpuls auf der Stromleitung wird in die Erde geführt. TVS kann als zwei parallel und in entgegengesetzter Richtung geschaltete Zenerdioden betrachtet werden, die eingeschaltet werden, wenn die Spannung an beiden Enden höher als ein bestimmter Wert ist. Seine Eigenschaft ist, dass es Hunderte oder Tausende von A-Strömen vorübergehend passieren kann.

(5) Oszillator

Die meisten Mikrocontroller haben eine Oszillatorschaltung, die an einen externen Kristall- oder Keramikresonator gekoppelt ist.. Auf der Leiterplatte, Es ist erforderlich, dass die Leitungen der Kondensatoren, Kristalle oder keramische Resonatoren sollten so kurz wie möglich sein. Der RC-Oszillator ist latent empfindlich auf Störsignale, und es kann einen sehr kurzen Taktzyklus erzeugen, So ist es am besten, einen Kristall- oder Keramikresonator zu wählen. Darüber hinaus, Die Schale des Quarzkristalls sollte geerdet werden.

Softwareverarbeitungsverfahren für Interferenzmaßnahmen

Das von der elektromagnetischen Störquelle erzeugte Störsignal kann in einigen spezifischen Situationen (wie in einer schweren elektromagnetischen Umgebung) nicht vollständig eliminiert werden und gelangt schließlich in die Kerneinheit der CPU-Verarbeitung, so dass es in einige große Schaltkreise integriert wird, die oft gestört werden, was dazu führt, dass nicht richtig funktioniert oder in einem Fehlerzustand funktioniert. Insbesondere Geräte wie RAM, die bistable Speicher für die Speicherung verwenden, werden häufig unter starken Störungen umkippen, wodurch das ursprünglich gespeicherte "0" zu "1" oder "1" zu "0" wird; Die Übertragungsequenz und die Daten ändern sich aufgrund von Störungen; Schwerwiegendere werden einige wichtige Datenparameter zerstören usw.; die daraus resultierenden Folgen sind oft sehr schwerwiegend. In diesem Fall wirkt sich die Qualität des SoftwareDesigns direkt auf die Störfestigkeit des gesamten Systems aus.

(1) Erkennung von RAM und FLASH (ROM)

Beim Kompilieren des Programms sollten wir besser einige Testprogramme schreiben, um die RAM- und FLASH-Datencodes (ROM) zu testen, um zu sehen, ob es irgendwelche Fehler gibt. Sobald sie auftreten, müssen sie sofort korrigiert werden. Wenn sie nicht korrigiert werden können, muss dem Nutzer rechtzeitig eine Fehleranzeige gegeben werden. Bei der Kompilierung des Programms ist es unerlässlich, Programmredundanz hinzuzufügen. Das Hinzufügen von drei oder mehr NOP-Anweisungen an einem bestimmten Ort hat eine sehr effektive vorbeugende Wirkung auf die Programmreorganisation. Gleichzeitig ist es notwendig, Flaggendaten und Erkennungsstatus in den laufenden Status des Programms einzuführen, um Fehler rechtzeitig zu entdecken und zu korrigieren.

(2) Maßnahmen zur Speicherung wichtiger Parameter

Unter normalen Umständen können wir Fehlererkennung und -korrektur verwenden, um diese Situation effektiv zu reduzieren oder zu vermeiden. Nach dem Prinzip der Fehlererkennung und -korrektur ist die Hauptidee, dass beim Schreiben von Daten eine bestimmte Anzahl von Prüfcodes entsprechend den geschriebenen Daten generiert und zusammen mit den entsprechenden Daten gespeichert wird; Der Code wird gelesen und das Urteil gefällt. Wenn ein Ein-Bit-Fehler auftritt, wird er automatisch korrigiert, die richtigen Daten werden gesendet und die korrigierten Daten werden zurückgeschrieben, um die ursprünglichen falschen Daten zur gleichen Zeit zu überschreiben; Wenn ein Zwei-Bit-Fehler auftritt, wird ein Interrupt-Bericht generiert und die CPU wird für die Ausnahmebehandlung benachrichtigt. Alle diese Aktionen werden automatisch durch SoftwareDesign abgeschlossen, mit den Eigenschaften der Echtzeit- und automatischen Vervollständigung. Durch ein solches Design kann die Störschutzfähigkeit des Systems erheblich verbessert werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems verbessert wird.

Grundsätze der Fehlererkennung und -korrektur:

Werfen wir zunächst einen Blick auf die Grundprinzipien der Fehlererkennung und -korrektur. Die Grundidee der Fehlerkontrolle besteht darin, redundante Codes auf verschiedene Weise der Informationscodegruppe nach bestimmten Regeln hinzuzufügen, so dass beim Lesen der Informationen redundante Überwachungscodes oder Kalibrierungscodes verwendet werden können, um Fehler zu finden oder automatisch zu korrigieren. Angesichts der Eigenschaften des Fehlereintritts, d.h. der Zufälligkeit und Zufälligkeit des Fehlereintritts, beeinflusst es fast immer zufällig ein Bit in einem Byte. Daher, wenn das Design automatisch einen Bitfehler korrigieren kann, und Überprüfen Sie die Kodierungsmethode auf zwei Fehler. Kann die Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessern.

(3) Aufgrund elektromagnetischer Störungen gibt es in etwa folgende Situationen:

1) Das Programm läuft ab.

Diese Situation ist das häufigste Störungsergebnis. Im Allgemeinen reicht ein gutes Reset-System oder ein Software-Frame-Testsystem aus, und es hat keinen großen Einfluss auf das gesamte laufende System.

2) Unendliche Schleife oder anormaler Programmcodebetrieb.

Natürlich wird diese Art von Endlosschleife und abnormalem Programmcode nicht absichtlich vom Designer geschrieben. Wir wissen, dass die Programmanweisungen aus Bytes bestehen, einige sind Single-Byte-Anweisungen und einige sind Multi-Byte-Anweisungen. Wenn Störungen auftreten, tritt der PC-Zeiger auf. Ändern Sie, so dass der ursprüngliche Programmcode reorganisiert wurde, um unvorhersehbaren ausführbaren Programmcode zu produzieren, dann ist diese Art von Fehler fatal, es kann wichtige Datenparameter ändern, kann unvorhersehbare Steuerung erzeugen Eine Reihe von Fehlerzuständen wie Ausgabe.

Das oben genannte ist die Design und Verarbeitung der elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Ein-Chip-Mikrocomputersystem aus den beiden Aspekten Hard- und Software.