Thông tin PCB - Thiết kế tương thích điện từ của hệ thống vi điều khiển bảng PCB

Sau đây là giới thiệu việc xử lý khả năng tương thích điện từ từ thiết kế bảng PCB của vi máy tính một chip đến xử lý phần mềm.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến EMC1.1 Điện áp: Điện áp cung cấp cao hơn có nghĩa là biên độ điện áp lớn hơn và phát thải nhiều hơn, trong khi điện áp cung cấp thấp hơn ảnh hưởng đến độ nhạy cảm.1.2 Tần số: Tần số cao tạo ra phát thải nhiều hơn, tín hiệu định kỳ tạo ra phát thải nhiều hơn. Trong một hệ thống vi điều khiển tần số cao, một đỉnh dòng được tạo ra khi thiết bị chuyển đổi; trong một hệ thống tương tự, một cơn dòng được tạo ra khi dòng tải thay đổi.1.3 Đặt đất: Trong số tất cả các vấn đề EMC, vấn đề chính là do đặt đất không đúng. Có ba phương pháp đặt đất tín hiệu: đơn điểm, đa điểm và hỗn hợp. Khi tần số thấp hơn 1MHz, phương pháp đặt đất một điểm có thể được sử dụng, nhưng nó không phù hợp với tần số cao; trong các ứng dụng tần số cao, nhiều điểm đặt đất được sử dụng. Hybrid grounding là một phương pháp đặt đất một điểm cho tần số thấp và đặt đất nhiều điểm cho tần số cao. Cách bố trí dây mặt đất là chìa khóa, và các mạch mặt đất của các mạch kỹ thuật số tần số cao và mạch tương tự cấp thấp không thể được trộn nhiều nhất có thể. Dòng điện tạm thời từ các nguồn di / dt cao gây ra mặt đất và dấu vết để "bắn" điện áp, và di / dt cao tạo ra dòng điện tần số cao quy mô lớn kích thích các thành phần và bức xạ cáp. Thay đổi trong dòng chảy và điện cảm thông qua dây gây ra sự giảm điện áp, có thể gây ra bởi việc giảm điện cảm hoặc thay đổi trong dòng chảy theo thời gian.

2. Phương pháp xử lý phần cứng của các biện pháp can thiệp2.1 Thiết kế tương thích điện từ của bảng mạch in Bảng PCB là sự hỗ trợ của các thành phần mạch và thiết bị trong hệ thống vi máy tính một chip, và nó cung cấp kết nối điện giữa các thành phần mạch và các thiết bị. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, mật độ của bảng PCB ngày càng cao hơn. Chất lượng của thiết kế bảng PCB có ảnh hưởng lớn đến khả năng tương thích điện từ của hệ thống vi máy tính một chip. Thực hành đã chứng minh rằng ngay cả khi thiết kế sơ đồ mạch là đúng và thiết kế bảng mạch in là không đúng, nó cũng sẽ có tác động tiêu cực đến độ tin cậy của hệ thống vi máy tính một chip. Ví dụ, nếu hai đường song song mỏng trên một bảng mạch in rất gần nhau, sẽ có sự chậm trễ trong hình sóng tín hiệu và tiếng ồn phản xạ ở cuối đường truyền. Do đó, khi thiết kế bảng mạch in, nên chú ý đến việc sử dụng phương pháp chính xác, tuân thủ các nguyên tắc chung của thiết kế bảng PCB và phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế chống can thiệp. Để có được hiệu suất của mạch điện tử, bố trí các thành phần và bố trí dây là rất quan trọng.2.2 Thiết kế tương thích điện từ của đầu vào / đầu ra Trong hệ thống vi máy tính một chip, đầu vào / đầu ra cũng là dây dẫn của nguồn nhiễu và nguồn thu để nhận tín hiệu nhiễu tần số vô tuyến. Chúng tôi thường thực hiện các biện pháp hiệu quả khi thiết kế:1) Sử dụng mạch ức chế chế độ chung / chế độ khác biệt cần thiết, và cũng thực hiện các biện pháp lọc và chống điện từ nhất định để giảm nhiễu.2) thực hiện các biện pháp cách ly khác nhau (chẳng hạn như cách ly quang điện hoặc cách ly từ điện) càng xa càng tốt để ngăn chặn sự lây lan của nhiễu.2.3 Thiết kế mạch đặt lại MCUTrong hệ thống MCU, hệ thống giám sát đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong hoạt động của toàn bộ MCU. Vì tất cả các nguồn can thiệp không thể được cô lập hoặc loại bỏ, một khi CPU can thiệp vào hoạt động bình thường của chương trình, hệ thống đặt lại kết hợp với phần mềm Các biện pháp điều trị trở thành một rào cản để phòng thủ sửa lỗi hiệu quả. Có hai hệ thống thiết lập lại phổ biến: 1) Hệ thống thiết lập lại bên ngoài. mạch "watchdog" bên ngoài có thể được tự thiết kế hoặc xây dựng với một chip "watchdog" đặc biệt. Tuy nhiên, họ có lợi thế và nhược điểm của riêng mình. Hầu hết các chip "watchdog" chuyên dụng không thể phản ứng với tín hiệu "cho chó ăn" tần số thấp, nhưng có thể phản ứng với tín hiệu "cho chó ăn" tần số cao, do đó nó có thể 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 rơi vào một vòng vô tận, và vòng xảy ra có tín hiệu "cho chó ăn", thì mạch thiết lập lại không thể nhận ra nó. chức năng thích hợp. Tuy nhiên, chúng ta có thể thiết kế một hệ thống với mạch "cho chó ăn" băng thông và các mạch thiết lập lại khác là một hệ thống giám sát bên ngoài rất hiệu quả.2) Ngày nay, ngày càng có nhiều máy vi tính một chip có hệ thống thiết lập lại trên chip của riêng họ, để người dùng có thể dễ dàng sử dụng bộ đếm thời gian thiết lập lại nội bộ của họ. Tuy nhiên, một số mô hình máy vi vi chip đơn có hướng dẫn thiết lập lại quá đơn giản, vì vậy cũng sẽ có một lệnh "cho chó ăn" như vòng vô hạn ở trên, khiến nó mất chức năng giám sát của nó. Một số bộ vi điều khiển có hướng dẫn thiết lập lại trên chip tốt hơn. Nói chung, chúng tạo ra tín hiệu "cho chó ăn" thành nhiều hướng dẫn ở định dạng cố định và thực hiện chúng theo thứ tự. Nếu có lỗi nhất định, hoạt động "cho chó ăn" không hợp lệ. Độ tin cậy của mạch đặt lại được cải thiện.2.4 dao động Hầu hết các bộ vi điều khiển có một mạch dao động kết nối với một tinh thể bên ngoài hoặc bộ cộng hưởng gốm. Trên bảng PCB, các dây dẫn của tụ tụ bên ngoài, tinh thể hoặc bộ cộng hưởng gốm được yêu cầu ngắn nhất có thể. Bộ dao động RC có độ nhạy tiềm ẩn đối với tín hiệu can thiệp và có thể tạo ra chu kỳ đồng hồ rất ngắn, vì vậy các bộ cộng hưởng tinh thể hoặc gốm được chọn. Ngoài ra, trường hợp của tinh thể thạch anh nên được đặt đất.2.5 Các biện pháp bảo vệ sét Hệ thống vi máy tính một chip được sử dụng ngoài trời hoặc các dây điện và dây tín hiệu được đưa vào phòng từ bên ngoài nên được xem xét chống lại sự tấn công sét của hệ thống. Các thiết bị bảo vệ sét được sử dụng phổ biến là: ống xả khí, TVS và như vậy. ống xả khí là khi điện áp của nguồn cung cấp điện lớn hơn một giá trị nhất định, thường là hàng chục hoặc hàng trăm V, khí phá vỡ và xả, và xung xung mạnh mẽ trên dây điện được hướng dẫn vào mặt đất. TVS có thể được coi là hai diode zener song song và theo hướng ngược lại, được bật khi điện áp ở cả hai đầu cao hơn một giá trị nhất định. Đặc điểm của nó là nó có thể tạm thời vượt qua dòng điện hàng trăm hoặc hàng ngàn A.3. Phương pháp xử lý phần mềm để đo lường nhiễu Tín hiệu nhiễu được tạo ra bởi nguồn nhiễu điện từ không thể được loại bỏ hoàn toàn trong một số trường hợp cụ thể (chẳng hạn như trong một số trường hợp môi trường điện từ tương đối khắc nghiệt), và sẽ vào đơn vị được xử lý bởi CPU, do đó trong một số mạch tích hợp quy mô lớn thường có thể bị gián đoạn, khiến nó không hoạt động đúng cách hoặc hoạt động trong trạng thái sai. Đặc biệt là một thiết bị như RAM sử dụng biổn định để lưu trữ, nó thường lật dưới sự can thiệp mạnh mẽ, do đó "0" được lưu trữ ban đầu trở thành "1", hoặc "1" trở thành "0"; một số serial Thời gian và dữ liệu truyền sẽ thay đổi do can thiệp; nghiêm túc hơn, nó sẽ phá hủy một số thông số dữ liệu quan trọng, v.v.; Hậu quả thường rất nghiêm trọng. Trong trường hợp này, chất lượng thiết kế phần mềm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống nhiễu của toàn bộ hệ thống.3.1 Chương trình sẽ ở trong các tình huống sau đây do nhiễu điện từ:1) Chương trình chạy ra. Tình huống này là kết quả can thiệp phổ biến. Nói chung, một hệ thống đặt lại tốt hoặc hệ thống đo khung phần mềm là đủ, và nó sẽ không có tác động nhiều đến toàn bộ hệ thống chạy.2) Vòng lặp vô tận hoặc mã chương trình bất thường chạy. Tất nhiên, loại vòng vô tận này và mã chương trình bất thường không được các nhà thiết kế cố ý viết. Chúng ta biết rằng các hướng dẫn của chương trình bao gồm các byte, một số là hướng dẫn đơn byte và một số là hướng dẫn đa byte. Khi sự can thiệp xảy ra, con trỏ PC xảy ra. Thay đổi, để mã chương trình ban đầu được tổ chức lại để tạo ra mã chương trình có thể thực hiện không thể dự đoán được, sau đó, loại lỗi này là gây tử vong, nó có thể sửa đổi các thông số dữ liệu quan trọng, và có thể tạo ra kiểm soát không thể dự đoán được Một loạt các trạng thái lỗi như đầu ra.3.2 Các biện pháp để lưu trữ các thông số quan trọng Nói chung, chúng ta có thể sử dụng phát hiện lỗi và sửa chữa để giảm hoặc tránh tình huống này một cách hiệu quả. Theo nguyên tắc phát hiện và sửa lỗi, ý tưởng chính là khi dữ liệu được viết, một số mã kiểm tra nhất định được tạo ra theo dữ liệu được viết và lưu trữ cùng với dữ liệu tương ứng; Đọc mã và đưa ra quyết định. Nếu có lỗi một bit, nó sẽ được tự động sửa chữa, dữ liệu chính xác sẽ được gửi, và đồng thời, dữ liệu được sửa chữa sẽ được ghi lại để bao gồm dữ liệu sai ban đầu; Nếu có lỗi hai bit, một sự gián đoạn sẽ được tạo ra và CPU sẽ được thông báo để xử lý ngoại lệ. Tất cả các hành động này được tự động hoàn thành bởi thiết kế phần mềm và có đặc điểm hoàn thành tự động và thời gian thực. Thông qua một thiết kế như vậy, khả năng chống can thiệp của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể, do đó cải thiện độ tin cậy của hệ thống. Nguyên tắc phát hiện và sửa lỗi: Trước tiên 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 dư lượng theo các cách khác nhau vào nhóm mã thông tin theo các quy tắc nhất định, để dựa vào mã giám sát dư lượng hoặc mã kiểm tra để tìm hoặc tự động sửa lỗi khi thông tin được đọc. Theo đặc điểm của sự xuất hiện lỗi bit, tức là sự ngẫu nhiên và ngẫu nhiên của sự xuất hiện lỗi, nó hầu như luôn ảnh hưởng đến một bit nhất định (bit) trong một byte nhất định một cách ngẫu nhiên. Do đó, nếu nó có thể được thiết kế để tự động sửa lỗi 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 thử nghiệm để kiểm tra mã dữ liệu của RAM và FLASH (ROM) để xem liệu có bất kỳ lỗi nào không. Một khi nó xảy ra, nó nên được sửa ngay lập tức. Nếu nó không thể được sửa chữa, một chỉ báo lỗi nên được đưa ra kịp thời để người dùng có thể đối phó với nó. Điều không thể thiếu là thêm sự dư thừa chương trình khi chúng tôi biên dịch chương trình. Thêm ba hoặc nhiều hướng dẫn NOP ở một nơi nhất định có thể ngăn chặn việc tổ chức lại chương trình một cách hiệu quả. Đồng thời, dữ liệu cờ và trạng thái phát hiện nên được giới thiệu trong trạng thái chạy của chương trình, để phát hiện và sửa lỗi bảng PCB kịp thời.