電(diàn)磁兼容性的處理(lǐ)

      PCB設計(jì)到軟件處理(lǐ)方面來(lái)介紹對電(diàn)磁兼容性的處理(lǐ)。 

    一、影(yǐng)響EMC的因數(shù) 
    1、電(diàn)壓：電(diàn)源電(diàn)壓越高(gāo)，意味着電(diàn)壓振幅越大(dà)，發射就更多(duō)，而低(dī)電(diàn)源電(diàn)壓影(yǐng)響敏感度。 
    2、頻率：高(gāo)頻産生(shēng)更多(duō)的發射，周期性信号産生(shēng)更多(duō)的發射。在高(gāo)頻單片機系統中，當器(qì)件開(kāi)關時(shí)産生(shēng)電(diàn)流尖峰信号;在模拟系統中，當負載電(diàn)流變化時(shí)産生(shēng)電(diàn)流尖峰信号。 
    3、接地：在所有(yǒu)EMC題目中，主要題目是不适當的接地引起的。有(yǒu)三種信号接地方法：單點、多(duō)點和(hé)混合。在頻率低(dī)于1MHz時(shí)，可(kě)采用單點接地方法，但(dàn)不适宜高(gāo)頻;在高(gāo)頻應用中，最好采用多(duō)點接地。混合接地是低(dī)頻用單點接地，而高(gāo)頻用多(duō)點接地的方法。地線布局是關鍵，高(gāo)頻數(shù)字電(diàn)路和(hé)低(dī)電(diàn)平模拟電(diàn)路的接地電(diàn)路盡不能混合。 
    4、PCB設計(jì)：适當的印刷電(diàn)路闆(PCB)布線對防止EMI是至關重要的。 
    5、電(diàn)源往耦：當器(qì)件開(kāi)關時(shí)，在電(diàn)源線上(shàng)會(huì)産生(shēng)瞬态電(diàn)流，必須衰減和(hé)濾掉這些(xiē)瞬态電(diàn)流。來(lái)自高(gāo)di/dt源的瞬态電(diàn)流導緻地和(hé)線迹“發射”電(diàn)壓，高(gāo)di/dt産生(shēng)大(dà)範圍的高(gāo)頻電(diàn)流，激勵部件和(hé)線纜輻射。流經導線的電(diàn)流變化和(hé)電(diàn)感會(huì)導緻壓降，減小(xiǎo)電(diàn)感或電(diàn)流随時(shí)間(jiān)的變化可(kě)使該壓降最小(xiǎo)。 

    二、對幹擾措施的硬件處理(lǐ)方法 
    1、印刷線路闆(PCB)的電(diàn)磁兼容性設計(jì) 
    PCB是單片機系統中電(diàn)路元件和(hé)器(qì)件的支撐件，它提供電(diàn)路元件和(hé)器(qì)件之間(jiān)的電(diàn)氣連接。随着電(diàn)子技(jì)術(shù)的飛速發展，PCB的密度越來(lái)越高(gāo)。PCB設計(jì)的好壞對單片機系統的電(diàn)磁兼容性影(yǐng)響很(hěn)大(dà)，實踐證實，即使電(diàn)路原理(lǐ)圖設計(jì)正确，印刷電(diàn)路闆設計(jì)不當，也會(huì)對單片機系統的可(kě)靠性産生(shēng)不利影(yǐng)響。例如，假如印刷電(diàn)路闆的兩條細平行(xíng)線靠的很(hěn)近，會(huì)形成信号波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設計(jì)印刷電(diàn)路闆的時(shí)候，應留意采用正确的方法，遵守PCB設計(jì)的一般原則，并應符合抗幹擾的設計(jì)要求。要使電(diàn)子電(diàn)路獲得(de)最佳性能，元器(qì)件的布局及導線的布設是很(hěn)重要的。 
    2、輸入/輸出的電(diàn)磁兼容性設計(jì)
    在單片機系統中輸進/輸出也是幹擾源的傳導線，和(hé)接收射頻幹擾信号的拾檢源，我們設計(jì)時(shí)一般要采取有(yǒu)效的措施： 
    ①采用必要的共模/差模抑制(zhì)電(diàn)路，同時(shí)也要采取一定的濾波和(hé)防電(diàn)磁屏蔽措施以減小(xiǎo)幹擾的進進。 
    ②在條件許可(kě)的情況下盡可(kě)能采取各種隔離措施(如光電(diàn)隔離或者磁電(diàn)隔離)，從而阻斷幹擾的傳播。 
    3、單片機複位電(diàn)路的設計(jì) 
    在單片機系統中，看門(mén)狗系統對整個(gè)單片機的運行(xíng)起着特别重要的作(zuò)用，由于所有(yǒu)的幹擾源不可(kě)能全部被隔離或往除，一旦進進CPU幹擾程序的正常運行(xíng)，那(nà)麽複位系統結合軟件處理(lǐ)措施就成了一道(dào)有(yǒu)效的糾錯防禦的屏障了。常用的複位系統有(yǒu)以下兩種： 
    ①外部複位系統。外部“看門(mén)狗”電(diàn)路可(kě)以自己設計(jì)也可(kě)以用專門(mén)的“看門(mén)狗”芯片來(lái)搭建。然而，他們各有(yǒu)優缺點，大(dà)部分專用“看門(mén)狗”芯片對低(dī)頻“喂狗”信号不能響應，而高(gāo)頻“喂狗”信号都能響應，使其在低(dī)頻“喂狗”信号下産生(shēng)複位動作(zuò)而在高(gāo)頻的“喂狗”信号下不産生(shēng)複位動作(zuò)，這樣，假如程序系統陷進一個(gè)死循環，而該循環中恰巧有(yǒu)着“喂狗”信号的話(huà)，那(nà)麽該複位電(diàn)路就無法實現它的應有(yǒu)的功能了。然而，我們自己可(kě)以設計(jì)一個(gè)具有(yǒu)帶通(tōng)的“喂狗”電(diàn)路和(hé)其他複位電(diàn)路構成的系統就是一個(gè)很(hěn)有(yǒu)效外部監控系統了。 
    ②現在越來(lái)越多(duō)的單片機都帶有(yǒu)自己的片上(shàng)複位系統，這樣用戶就可(kě)以很(hěn)方便的使用其內(nèi)部的複位定時(shí)器(qì)了，但(dàn)是，有(yǒu)一些(xiē)型号的單片機它的複位指令太過于簡單，這樣也會(huì)存在象上(shàng)述死循環那(nà)樣的“喂狗”指令，使其失往監控作(zuò)用。有(yǒu)一些(xiē)單片機的片上(shàng)複位指令就做(zuò)的比較好，一般他們把“喂狗”信号做(zuò)成固定格式的多(duō)條指令依順序來(lái)執行(xíng)，假如有(yǒu)一定錯誤則該“喂狗”操縱無效，這樣就大(dà)大(dà)進步了複位電(diàn)路的可(kě)靠性。 
    4、振蕩器(qì) 
    大(dà)部分的單片機都有(yǒu)一個(gè)耦合于外部晶體(tǐ)或陶瓷諧振器(qì)的振蕩器(qì)電(diàn)路。在PCB上(shàng)，要求外接是電(diàn)容、晶體(tǐ)或陶瓷諧振器(qì)的引線越短(duǎn)越好。RC振蕩器(qì)對幹擾信号有(yǒu)潛伏的敏感性，它能産生(shēng)很(hěn)短(duǎn)的時(shí)鍾周期，因而最好選晶體(tǐ)或陶瓷諧振器(qì)。另外，石英晶體(tǐ)的外殼要接地。 
    5、防雷擊措施 
    室外使用的單片機系統或從室外排擠引進室內(nèi)的電(diàn)源線、信号線，要考慮系統的防雷擊題目。常用的防雷擊器(qì)件有(yǒu)：氣體(tǐ)放電(diàn)管、TVS等。氣體(tǐ)放電(diàn)管是當電(diàn)源的電(diàn)壓大(dà)于某一數(shù)值時(shí)，通(tōng)常為(wèi)數(shù)十V或數(shù)百V，氣體(tǐ)擊穿放電(diàn)，将電(diàn)源線上(shàng)強沖擊脈沖導進大(dà)地。TVS可(kě)以看成兩個(gè)并聯且方向相反的齊納二極管，當兩端電(diàn)壓高(gāo)于某一值時(shí)導通(tōng)。其特點是可(kě)以瞬态通(tōng)過數(shù)百乃上(shàng)千A的電(diàn)流。 

    三、對幹擾措施的軟件處理(lǐ)方法 
    電(diàn)磁幹擾源所産生(shēng)的幹擾信号在一些(xiē)特定的情況下(比如在一些(xiē)電(diàn)磁環境比較惡劣的情況下)是無法完全消除的，終極将會(huì)進進CPU處理(lǐ)的的核心單元，這樣在一些(xiē)大(dà)規模集成電(diàn)路經常會(huì)受到幹擾，導緻不能正常工作(zuò)或在錯誤狀态下工作(zuò)。特别是像RAM這種利用雙穩态進行(xíng)存儲的器(qì)件，往往會(huì)在強幹擾下發生(shēng)翻轉，使原來(lái)存儲的“0”變為(wèi)“1”，或者“1”變為(wèi)“0”;一些(xiē)串行(xíng)傳輸的時(shí)序及數(shù)據會(huì)因幹擾而發生(shēng)改變;更嚴重的會(huì)破壞一些(xiē)重要的數(shù)據參數(shù)等;造成的後果往往是很(hěn)嚴重的。在這種情況下軟件設計(jì)的好壞直接影(yǐng)響到整個(gè)系統的抗幹擾能力的高(gāo)低(dī)。 
    1、程序會(huì)由于電(diàn)磁幹擾大(dà)緻會(huì)一下幾種情況： 
    ①程序跑飛。這種情況是最常見的幹擾結果，一般來(lái)說有(yǒu)一個(gè)好的複位系統或軟件幀測系統即可(kě)，對整個(gè)運行(xíng)系統的不會(huì)産生(shēng)太大(dà)的影(yǐng)響。 
    ②死循環或不正常程序代碼運行(xíng)。當然這種死循環和(hé)不正常程序代碼并非設計(jì)職員有(yǒu)意寫進的，我們知道(dào)程序的指令是由字節組成的，有(yǒu)的是單字節指令而有(yǒu)的是多(duō)字節指令，當幹擾産生(shēng)後使得(de)PC指針發生(shēng)變化，從而使原來(lái)的程序代碼發生(shēng)了重組産生(shēng)了不可(kě)猜測的可(kě)執行(xíng)的程序代碼，那(nà)麽，這種錯誤是緻命的，它會(huì)有(yǒu)可(kě)能會(huì)往修改重要的數(shù)據參數(shù)，有(yǒu)可(kě)能産生(shēng)不可(kě)猜測的控制(zhì)輸出等一系列錯誤狀态。 
    2、對重要參數(shù)儲存的措施 
    一般情況下，我們可(kě)以采用錯誤檢測與糾正來(lái)有(yǒu)效地減少(shǎo)或避免這種情況的出現。根據檢錯、糾錯的原理(lǐ)，主要思想是在數(shù)據寫進時(shí)，根據寫進的數(shù)據天生(shēng)一定位數(shù)的校(xiào)驗碼，與相應的數(shù)據一起保存起來(lái);當讀出時(shí)，同時(shí)也将校(xiào)驗碼讀出，進行(xíng)判決。假如出現一位錯誤則自動糾正，将正确的數(shù)據送出，并同時(shí)将改正以後的數(shù)據回寫覆蓋原來(lái)錯誤的數(shù)據;假如出現兩位錯誤則産生(shēng)中斷報告，通(tōng)知CPU進行(xíng)異常處理(lǐ)。所有(yǒu)這一切動作(zuò)都是靠軟件設計(jì)自動完成的，具有(yǒu)實時(shí)性和(hé)自動完成的特點。通(tōng)過這樣的設計(jì)，能大(dà)大(dà)進步系統的抗幹擾能力，從而進步系統的可(kě)靠性。 
    檢錯與糾錯原理(lǐ)： 
    首先來(lái)看看檢錯和(hé)糾錯的基本原理(lǐ)。進行(xíng)差錯控制(zhì)的基本思想是在信息碼組中以一定規則加進不同方式的冗餘碼，以便在信息讀出的時(shí)候依靠多(duō)餘的監視(shì)碼或校(xiào)碼碼來(lái)發現或自動糾正錯誤。針對誤碼發生(shēng)的特點，即錯誤發生(shēng)的随機性和(hé)小(xiǎo)概任性，它幾乎總是随機地影(yǐng)響某個(gè)字節中的某一位(bit)，因此，假如能夠設計(jì)自動糾正一位錯誤，而檢查兩位錯誤的編碼方式。就可(kě)以大(dà)大(dà)進步系統的可(kě)靠性。 
    3、對RAM和(hé)FLASH(ROM)的檢測 
    在編制(zhì)程序時(shí)我們最好是寫進一些(xiē)檢測程序來(lái)測試RAM和(hé)FLASH(ROM)的數(shù)據代碼，看有(yǒu)無發生(shēng)錯誤，一旦發生(shēng)要立即糾正，糾正不了的要及時(shí)給出錯誤指示，以便用戶往處。 
    最後，我們在編制(zhì)程序時(shí)加進程序冗餘是不可(kě)缺少(shǎo)的。在一定的地方加進三條或三條以上(shàng)NOP指令對程序的重組有(yǒu)着很(hěn)有(yǒu)效防止作(zuò)用。同時(shí)，在程序的運行(xíng)狀态中要引進标志(zhì)數(shù)據和(hé)檢測狀态，從而及時(shí)發現和(hé)糾正錯誤産生(shēng)。