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

Dalla progettazione della scheda PCB del microcomputer a chip singolo all'elaborazione del software è introdurre l'elaborazione della compatibilità elettromagnetica. Dalla progettazione Scheda PCB del microcomputer a chip singolo all'elaborazione software è quello di introdurre l'elaborazione della compatibilità elettromagnetica.

1. Fattori che influenzano la EMC

1.1 Tensione: Tensione di alimentazione più bassa influisce sulla sensibilità.

1.2 Frequenza: Le alte frequenze generano più emissioni, i segnali periodici generano più emissioni. In un sistema a microcontrollore ad alta frequenza, si genera un piccolo di corrente quando il dispositivo cambia; In un sistema analogico, viene generato un picco di corrente quando cambia la corrente di carico.

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:, multi-point, e misto. Quando la frequenza è inferiore a 1MHz, è possibile utilizzare il metodo di messa a terra a punto singolo, ma non è adatto ad alta frequenza; Nelle applicazioni ad alta frequenza, viene utilizzata la messa a terra multi-point. La messa a terra ibrida è un metodo di messa a terra a punto singolo per basse frequenze e messa a terra multipunto per alte frequenze. La disposizione del filo di terra è la chiave, e i circuiti di terra dei circuiti digitali ad alta frequenza e dei circuiti analogici a basso livello non possono essere mescolati il più possibile.

1.4 PCB Board Design: Un corretto routing del circuito stampato (PCB) è fondamentale per prevenire EMI.

Quando il dispositivo cambia, le correnti transitorie sono generate sulla linea di alimentazione, e queste correnti transitorie devono essere attenuate e filtrate. Le correnti transitorie provenienti da sorgenti di alta di/dt causano tensioni di terra e tracce, mentre le alte di/dt generano correnti ad alta frequenza su larga scala che eccitano i componenti e irradiano cavi. Cambiamenti nel flusso di corrente e induttanza attraverso il filo causano una caduta di tensione, che può essere causato dalla riduzione dell'induzione o cambi di corrente nel tempo.

Second, the hardware processing method of interference measures
2.1 Electromagnetic Compatibility Design of Printed Circuit Boards (PCB)
The Scheda PCB è il supporto dei componenti e dei dispositivi del circuito nel sistema microcomputer a chip singolo, and it provides the electrical connection between the circuit components and the devices. With the rapid development of electronic technology, the density of Scheda PCBs is getting higher and higher. La qualità della Scheda PCB design has a great influence on the electromagnetic compatibility of the single-chip microcomputer system. Practice has proved that even if the circuit schematic design is correct and the printed circuit board design is improper, avrà anche un effetto negativo sull'affidabilità del sistema microcomputer a chip singolo. For example, se due sottili linee parallele su un circuito stampato sono molto vicine tra loro, there will be a delay in the signal waveform and reflection noise at the end of the transmission line. Pertanto, quando si progetta un circuito stampato, attention should be paid to using the correct method, rispettare i principi generali di Scheda PCB design, e devono soddisfare i requisiti di progettazione per l'anti-interferenza. To obtain the performance of electronic circuits, la disposizione dei componenti e la disposizione dei fili sono molto importanti.

2.2 Progettazione di compatibilità elettromagnetica degli ingressi/output
In the single-chip microcomputer system, l'input/L'uscita è anche la linea di conduzione della sorgente di interferenza, and the pickup source for receiving the radio frequency interference signal. We generally take effective measures when designing:
(1) Adopt necessary common mode/circuito di soppressione del modo differenziale, and also take certain filtering and anti-electromagnetic shielding measures to reduce the interference.
(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, Il sistema watchdog svolge un ruolo particolarmente importante nel funzionamento dell'intero microcomputer a chip singolo. Since all interference sources cannot be isolated or removed, una volta che la CPU interferisce con il normale funzionamento del programma, the reset system combined with the software The treatment measures become a barrier to an effective error correction defense. There are two commonly used reset systems:
(1) External reset system. The external "watchdog" circuit can be designed by yourself or built with a special "watchdog" chip. Tuttavia, they have their own advantages and disadvantages. La maggior parte dei chip dedicati "watchdog" non può rispondere al segnale a bassa frequenza "feed the dog", but can respond to the high-frequency "feed the dog" signal, in modo che possa essere generato sotto il segnale a bassa frequenza "feed the dog". The reset action does not occur under the high-frequency "feed the dog" signal. In questo modo, if the program system falls into an infinite loop, e il loop ha il segnale "feed the dog", poi the reset circuit cannot realize it. la funzione corretta. Tuttavia, Siamo in grado di progettare un sistema con un circuito di banda-pass "feed the dog" e altri circuiti di reset che è un sistema di monitoraggio esterno molto efficace.
(2) Nowadays, Sempre più microcomputer single-chip hanno il proprio sistema di reset on-chip, so that users can easily use their internal reset timers. However, some models of single-chip microcomputers have too simple reset instructions. In questo modo, there will also be "feed the dog" instructions like the above infinite loop, facendolo perdere la sua funzione di monitoraggio. The on-chip reset instructions of some single-chip microcomputers are better. Generalmente, Fanno il segnale "nutrire il cane" in più istruzioni in un formato fisso ed eseguono in sequenza. If there is a certain error, l'operazione "nutrire il cane" non è valida, which greatly The reliability of the reset circuit is improved.

2.4 Oscillator
Most microcontrollers have an oscillator circuit coupled to an external crystal or ceramic resonator. Sulla Scheda PCB, it is required that the leads of external capacitors, cristalli o risonatori ceramici siano il più brevi possibile. RC oscillators have latent sensitivity to interference signals and can generate very short clock cycles, in modo da selezionare risonatori in cristallo o ceramica. In addition, il caso del cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

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. Commonly used lightning protection devices are: gas discharge tube, TV e così via. The gas discharge tube is when the voltage of the power supply is greater than a certain value, di solito decine o centinaia di V, the gas breaks down and discharges, e il forte impulso d'impulso sulla linea elettrica è guidato nel terreno. TVS can be regarded as two zener diodes in parallel and in opposite directions, che sono accesi quando la tensione ad entrambe le estremità è superiore a un certo valore. Its characteristic is that it can transiently pass currents of hundreds or thousands of A.

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), e entrerà nell'unità elaborata dalla CPU, so that in some large-scale integrated circuits often may be disturbed, causandolo a non funzionare correttamente o a funzionare nello stato sbagliato. Soprattutto un dispositivo come RAM che utilizza bistable per lo storage, it often flips under strong interference, in modo che l'originale memorizzato "0" diventi "1", or "1" becomes "0"; some serial The timing and data of transmission will change due to interference; more seriously, distruggerà alcuni parametri importanti dei dati, etc.;  le conseguenze sono spesso molto gravi. In this case, la qualità della progettazione software influisce direttamente sulla capacità anti-interferenza di tutto il sistema.

3.1 The program will be roughly in the following situations due to electromagnetic interference:
(1) The program runs away. This situation is a common interference result. In generale, a good reset system or software frame measurement system is enough, e non avrà molto impatto sull'intero sistema operativo.
(2) Infinite loop or abnormal program code operation. Naturalmente, this kind of infinite loop and abnormal program code is not intentionally written by the designers. Sappiamo che le istruzioni del programma sono composte da byte, some are single-byte instructions and some are multi-byte instructions. Quando si verifica l'interferenza, the PC pointer occurs. Change, so that the original program code is reorganized to produce unpredictable executable program code, then, this kind of error is fatal, può modificare parametri importanti dei dati, and may produce unpredictable control A series of error states such as output.

3.2 Measures for storage of important parameters
In general, Possiamo utilizzare il rilevamento e la correzione degli errori per ridurre o evitare efficacemente questa situazione. According to the principle of error detection and correction, l'idea principale è che quando i dati sono scritti in, un certo numero di codici di controllo sono generati in base ai dati scritti e memorizzati insieme ai dati corrispondenti; Leggi il codice e prendi una decisione. If there is a one-bit error, verrà automaticamente corretto, the correct data will be sent, e allo stesso tempo, the corrected data will be written back to cover the original wrong data; if there is a two-bit error, Verrà generato un interrupt e la CPU verrà avvisata per la gestione delle eccezioni. All these actions are automatically completed by software design, e hanno le caratteristiche di completamento in tempo reale e automatico. Through such a design, la capacità anti-interferenza del sistema può essere notevolmente migliorata, thereby improving the reliability of the system. Principi di rilevamento e correzione degli errori: Diamo prima un'occhiata ai 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 informazione secondo determinate regole, so as to rely on the redundant monitoring code or check code to find or automatically correct errors when the information is read. Secondo le caratteristiche dell'occorrenza di errore bit, that is, la casualità e la casualità del verificarsi dell'errore, it almost always affects a bit (bit) in a certain byte at random. Pertanto, se può essere progettato per correggere automaticamente un errore di bit, e controlla la codifica di errore a due cifre. It can greatly improve the reliability of the system.

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 c'è qualche errore. Una volta che si verifica, deve essere corretto immediatamente. Se non può essere corretto, un'indicazione di errore dovrebbe essere fornita in tempo in modo che gli utenti possono affrontare. È indispensabile aggiungere ridondanza del programma quando compiliamo i programmi. L'aggiunta di tre o più istruzioni NOP in un determinato luogo può efficacemente impedire la riorganizzazione del programma. Allo stesso tempo, i dati di flag e lo stato di rilevamento devono essere introdotti nello stato di esecuzione del programma, in modo da rilevare e correggere il Scheda PCB error in time.