Dati PCB - Progettazione di compatibilità elettromagnetica dalla scheda PCB all'elaborazione software

Dalla progettazione della scheda PCB del microcomputer a singolo chip all'elaborazione del software è quello di introdurre l'elaborazione della compatibilità elettromagnetica.1. Fattori che influenzano la tensione EMC1.1: una tensione di alimentazione più alta significa una maggiore amplitudine di tensione e più emissioni, mentre una tensione di alimentazione più bassa influenza la sensibilità.1.2 Frequenza: le alte frequenze generano più emissioni, i segnali periodici generano più emissioni. In un sistema di microcontrollori ad alta frequenza, un picco di corrente viene generato quando il dispositivo si commuta; in un sistema analogico, un picco di corrente viene generato quando la corrente di carico cambia.1.3 messa a terra: tra tutti i problemi EMC, il problema principale è causato da una messa a terra impropria. Ci sono tre metodi di messa a terra del segnale: singolo punto, multi-punto e misto. Quando la frequenza è inferiore a 1MHz, il metodo di messa a terra a punto singolo può essere utilizzato, ma non è adatto per l'alta frequenza; nelle applicazioni ad alta frequenza, viene utilizzata la messa a terra multi-punto. La messa a terra ibrida è un metodo di messa a terra a punto singolo per basse frequenze e multi-punto per alte frequenze. Il layout del filo di terra è la chiave, e i circuiti di terra di circuiti digitali ad alta frequenza e circuiti analogici a basso livello non possono essere mescolati il più possibile.1.4 Progettazione della scheda PCB: un corretto routing della scheda a circuito stampato (PCB) è fondamentale per prevenire l'EMI.1.5 Scoppiamento dell'alimentazione: Quando il dispositivo si commuta, vengono generate correnti transitorie sulla linea di alimentazione, e queste correnti transitorie devono essere attenuate e filtrate. Le correnti transitorie provenienti da fonti di alta di / dt causano la terra e le tracce a "sparare" tensioni, e alta di / dt genera correnti ad alta frequenza su larga scala che eccitano componenti e irradiano cavi. Le variazioni del flusso di corrente e dell'induttanza attraverso il filo causano una caduta di tensione, che può essere causata dalla riduzione dell'induttanza o dai cambiamenti della corrente nel tempo.

In secondo luogo, il metodo di elaborazione hardware delle misure di interferenze2.1 Progettazione di compatibilità elettromagnetica delle schede a circuito stampato (PCB) La scheda PCB è il supporto dei componenti del circuito e dei dispositivi nel sistema microcomputer a singolo chip e fornisce la connessione elettrica tra i componenti del circuito e i dispositivi. Con il rapido sviluppo della tecnologia elettronica, la densità delle schede PCB sta diventando sempre più alta. La qualità del design della scheda PCB ha una grande influenza sulla compatibilità elettromagnetica del sistema microcomputer a singolo chip. La pratica ha dimostrato che anche se la progettazione schematica del circuito è corretta e la progettazione della scheda di circuito stampato è impropria, avrà anche un effetto negativo sull'affidabilità del sistema microcomputer a singolo chip. Ad esempio, se due linee parallele sottili su una scheda di circuito stampato sono molto vicine tra loro, ci sarà un ritardo nella forma d'onda del segnale e nel rumore di riflessione alla fine della linea di trasmissione. Pertanto, quando si progetta una scheda a circuito stampato, si dovrebbe prestare attenzione all'uso del metodo corretto, rispettando i principi generali della progettazione della scheda PCB e dovrebbe soddisfare i requisiti di progettazione per l'anti-interferenza. Per ottenere le prestazioni dei circuiti elettronici, il layout dei componenti e il layout dei cavi sono molto importanti.

2.2 Progettazione di compatibilità elettromagnetica di ingresso/uscita Nel sistema microcomputer a singolo chip, l'ingresso/uscita è anche la linea di conduzione della fonte di interferenza e la fonte di rilevamento per ricevere il segnale di interferenza a radiofrequenza. Prendiamo generalmente misure efficaci durante la progettazione: (1) Adottare il circuito di soppressione in modalità comune / differenziale necessario e prendere anche determinate misure di filtraggio e schermazione anti-elettromagnetica per ridurre le interferenze. (2) Prendere diverse misure di isolamento (come l'isolamento fotoelettrico o l'isolamento magnetoelettrico) per quanto possibile per bloccare la diffusione delle interferenze.

2.3 Progettazione del circuito di reset MCU Nel sistema microcomputer a singolo chip, il sistema watchdog svolge un ruolo particolarmente importante nel funzionamento dell'intero microcomputer a singolo chip. Poiché tutte le fonti di interferenza non possono essere isolate o rimosse, una volta che la CPU interferisce con il normale funzionamento del programma, il sistema di reset combinato con il software Le misure di trattamento diventano una barriera ad una difesa efficace della correzione degli errori. Ci sono due sistemi di reset comunemente utilizzati: (1) Sistema di reset esterno. Il circuito esterno "watchdog" può essere progettato da soli o costruito con uno speciale chip "watchdog". Tuttavia, hanno i propri vantaggi e svantaggi. La maggior parte dei chip dedicati "watchdog" non può rispondere al segnale a bassa frequenza "feed the dog", ma può rispondere al segnale ad alta frequenza "feed the dog", in modo che possa essere generato sotto il segnale a bassa frequenza "feed the dog". L'azione di reset non si verifica sotto il segnale ad alta frequenza "feed the dog". In questo modo, se il sistema di programma cade in un loop infinito e il loop ha il segnale "feed the dog", allora il circuito di reset non può realizzarlo. Tuttavia, possiamo progettare un sistema con un circuito "feed the dog" a passabanda e altri circuiti di reset che è un sistema di monitoraggio esterno molto efficace. (2) Oggi, sempre più microcomputer a chip singolo hanno il proprio sistema di reset on-chip, in modo che gli utenti possano facilmente utilizzare i loro timer di reset interni. Tuttavia, alcuni modelli di microcomputer a singolo chip hanno istruzioni di reset troppo semplici. In questo modo, ci saranno anche istruzioni "nutrire il cane" come il loop infinito sopra, facendolo perdere la sua funzione di monitoraggio. Le istruzioni di reset on-chip di alcuni microcomputer a singolo chip sono migliori. Generalmente, trasformano il segnale "feed the dog" in più istruzioni in un formato fisso e le eseguono in sequenza. Se c'è un certo errore, l'operazione "alimentare il cane" è invalida, che notevolmente migliora l'affidabilità del circuito di reset.

La maggior parte dei microcontrollori dispone di un circuito oscillatore accoppiato a un risonatore esterno in cristallo o ceramica. Sulla scheda PCB è richiesto che i condotti di condensatori esterni, cristalli o risonatori in ceramica siano il più brevi possibile. Gli oscillatori RC hanno una sensibilità latente ai segnali di interferenza e possono generare cicli di orologio molto brevi, quindi vengono selezionati risonatori in cristallo o ceramica. Inoltre, il caso del cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

2.5 misure di protezione da fulmini Il sistema a microcomputer a singolo chip utilizzato all'aperto o le linee elettriche e le linee di segnale introdotte nella stanza dall'esterno devono essere considerati contro l'impatto di fulmini del sistema. I dispositivi di protezione da fulmini comunemente utilizzati sono: tubo di scarica del gas, TVS e così via. Il tubo di scarica del gas è quando la tensione dell'alimentazione è superiore a un certo valore, di solito decine o centinaia di V, il gas si rompe e si scarica e il forte impulso sulla linea elettrica è guidato a terra. TVS può essere considerato come due diodi zener in parallelo e in direzioni opposte, che si accendono quando la tensione a entrambe le estremità è superiore a un certo valore. La sua caratteristica è che può passare transitoriamente correnti di centinaia o migliaia di A.3. Il segnale di interferenza generato dalla fonte di interferenza elettromagnetica non può essere completamente eliminato in alcuni casi specifici (come in alcuni casi in cui l'ambiente elettromagnetico è relativamente duro) e entrerà nell'unità elaborata dalla CPU, in modo che in alcuni circuiti integrati su larga scala spesso possano essere disturbati, causando che non funzioni correttamente o funzioni nello stato sbagliato. Soprattutto un dispositivo come la RAM che utilizza bistabile per la memorizzazione, spesso gira sotto forte interferenza, in modo che l'originale memorizzato "0" diventa "1", o "1" diventa "0"; alcuni seriali Il tempo e i dati di trasmissione cambieranno a causa di interferenze; più seriamente, distruggerà alcuni parametri di dati importanti, ecc.; Le conseguenze sono spesso molto gravi. In questo caso, la qualità della progettazione del software influenza direttamente la capacità anti-interferenza dell'intero sistema.

3.1 Il programma si troverà approssimativamente nelle seguenti situazioni a causa di interferenze elettromagnetiche: (1) Il programma si spegne. Questa situazione è un risultato comune di interferenza. In generale, un buon sistema di reset o un sistema di misura del telaio software è sufficiente e non avrà molto impatto sull'intero sistema in esecuzione. (2) Funzionamento del codice del programma in loop infinito o anormale. Naturalmente, questo tipo di loop infinito e codice di programma anormale non è intenzionalmente scritto dai progettisti. Sappiamo che le istruzioni del programma sono composte da byte, alcune sono istruzioni a singolo byte e alcune sono istruzioni a più byte. Quando si verifica l'interferenza, si verifica il puntatore del PC. Cambiare, in modo che il codice di programma originale sia riorganizzato per produrre codice di programma eseguibile imprevedibile, quindi, questo tipo di errore è fatale, può modificare parametri di dati importanti e può produrre una serie di stati di errore di controllo imprevedibile come l'output.

3.2 Misure per la memorizzazione di parametri importanti In generale, possiamo utilizzare il rilevamento e la correzione degli errori per ridurre o evitare in modo efficace questa situazione. Secondo il principio di rilevamento e correzione degli errori, l'idea principale è che quando i dati vengono scritti, un certo numero di codici di controllo vengono generati in base ai dati scritti e memorizzati insieme ai dati corrispondenti; Leggi il codice e prendi una decisione. Se c'è un errore a un bit, verrà corretto automaticamente, verranno inviati i dati corretti e, allo stesso tempo, i dati corretti verranno riscritti per coprire i dati originali sbagliati; se c'è un errore a due bit, verrà generata un'interruzione e la CPU verrà notificata per la gestione delle eccezioni. Tutte queste azioni vengono completate automaticamente dalla progettazione del software, e hanno le caratteristiche di completamento in tempo reale e automatico. Attraverso una tale progettazione, la capacità anti-interferenza del sistema può essere notevolmente migliorata, migliorando così l'affidabilità del sistema. Principi di rilevamento e correzione degli errori: esaminiamo prima i principi di base di rilevamento e correzione degli errori. L'idea di base del controllo degli errori è quella di aggiungere codici di ridondanza in modi diversi al gruppo di codici di informazioni secondo determinate regole, in modo da fare affidamento sul codice di monitoraggio ridondante o sul codice di controllo per trovare o correggere automaticamente gli errori quando le informazioni vengono lette. Secondo le caratteristiche dell'insorgenza di errori di bit, cioè la casualità e la casualità dell'insorgenza di errori, quasi sempre colpisce un bit (bit) in un determinato byte a caso. Pertanto, se può essere progettato per correggere automaticamente un errore di bit, e Controllare la codifica di errore a due cifre. Può migliorare notevolmente l'affidabilità del sistema.

3.3 Rilevamento di RAM e FLASH (ROM) Durante la programmazione, scriviamo alcuni programmi di test per testare i codici dati di RAM e FLASH (ROM) per vedere se ci sono errori. Una volta che si verifica, dovrebbe essere corretto immediatamente. Se non può essere corretto, un'indicazione di errore dovrebbe essere data in tempo in modo che gli utenti possano affrontarlo. È indispensabile aggiungere la ridondanza del programma quando compiliamo programmi. Aggiungere tre o più istruzioni NOP in un determinato luogo può impedire efficacemente la riorganizzazione del programma. Allo stesso tempo, i dati di bandiera e lo stato di rilevamento dovrebbero essere introdotti nello stato di esecuzione del programma, in modo da rilevare e correggere l'errore della scheda PCB in tempo.