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對硬件電磁干擾處理方法,都有哪幾種?

點(diǎn)擊次數:152 更新時(shí)間:2024-05-16

對于新手來(lái)說(shuō),在單片機的電路設計中可能不會(huì )很注意電路設計中電磁干擾對設計本身的輸入輸出的影響,但是對于一個(gè)電子工程師來(lái)說(shuō)其中的厲害關(guān)系就不言而喻了,它不僅關(guān)系了單片機在控制在中的能力和準確度,還關(guān)系到企業(yè)在行業(yè)中的競爭。


對電磁干擾的設計我們主要從硬件和軟件方面進(jìn)行設計處理,下面就是從單片機的PCB設計到軟件處理方面來(lái)介紹對電磁兼容性的處理。

影響EMC的因數



1.電壓

電源電壓越高,意味著(zhù)電壓振幅越大,發(fā)射就更多,而低電源電壓影響敏感度。

2.頻率

高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射,周期性信號產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻單片機系統中,當器件開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號;在模擬系統中,當負載電流變化時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號。

3.接地

在所有EMC題目中,主要題目是不適當的接地引起的。有三種信號接地方法:?jiǎn)吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在頻率低于1MHz時(shí),可采用單點(diǎn)接地方法,但不適宜高頻;在高頻應用中,最好采用多點(diǎn)接地?;旌辖拥厥堑皖l用單點(diǎn)接地,而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線(xiàn)布局是關(guān)鍵,高頻數字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合。

4.PCB設計

適當的印刷電路板(PCB)布線(xiàn)對防止EMI是至關(guān)重要的。

5.電源往耦

當器件開(kāi)關(guān)時(shí),在電源線(xiàn)上會(huì )產(chǎn)生瞬態(tài)電流,必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來(lái)自高di/dt源的瞬態(tài)電流導致地和線(xiàn)跡“發(fā)射"電壓,高di/dt產(chǎn)生大范圍的高頻電流,激勵部件和線(xiàn)纜輻射。流經(jīng)導線(xiàn)的電流變化和電感會(huì )導致壓降,減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。




對干擾措施的硬件處理方法




1.印刷線(xiàn)路板(PCB)的電磁兼容性設計


PCB是單片機系統中電路元件和器件的支撐件,它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展,PCB的密度越來(lái)越高。PCB設計的好壞對單片機系統的電磁兼容性影響很大,實(shí)踐證實(shí),即使電路原理圖設計正確,印刷電路板設計不當,也會(huì )對單片機系統的可靠性產(chǎn)生不利影響。


例如,假如印刷電路板的兩條細平行線(xiàn)靠的很近,會(huì )形成信號波形的延遲,在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲。因此,在設計印刷電路板的時(shí)候,應留意采用正確的方法,遵守PCB設計的一般原則,并應符合抗干擾的設計要求。要使電子電路獲得最佳性能,元器件的布局及導線(xiàn)的布設是很重要的。


2.輸入/輸出的電磁兼容性設計


在單片機系統中輸進(jìn)/輸出也是干擾源的傳導線(xiàn),和接收射頻干擾信號的拾檢源,我們設計時(shí)一般要采取有效的措施:


①采用必要的共模/差模抑制電路,同時(shí)也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進(jìn)進(jìn)。


②在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離),從而阻斷干擾的傳播。


3.單片機復位電路的設計


在的單片機系統中,看門(mén)狗系統對整個(gè)單片機的運行起著(zhù)特別重要的作用,由于所有的干擾源不可能全部被隔離或往除,一旦進(jìn)進(jìn)CPU干擾程序的正常運行,那么復位系統結合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯防御的屏障了。常用的復位系統有以下兩種:


①外部復位系統。外部“看門(mén)狗"電路可以自己設計也可以用專(zhuān)門(mén)的“看門(mén)狗"芯片來(lái)搭建。然而,他們各有優(yōu)缺點(diǎn),大部分專(zhuān)用“看門(mén)狗"芯片對低頻“喂狗"信號不能響應,而高頻“喂狗"信號都能響應,使其在低頻“喂狗"信號下產(chǎn)生復位動(dòng)作而在高頻的“喂狗"信號下不產(chǎn)生復位動(dòng)作,這樣,假如程序系統陷進(jìn)一個(gè)死循環(huán),而該循環(huán)中恰巧有著(zhù)“喂狗"信號的話(huà),那么該復位電路就無(wú)法實(shí)現它的應有的功能了。然而,我們自己可以設計一個(gè)具有帶通的“喂狗"電路和其他復位電路構成的系統就是一個(gè)很有效外部監控系統了。


②現在越來(lái)越多的單片機都帶有自己的片上復位系統,這樣用戶(hù)就可以很方便的使用其內部的復位定時(shí)器了,但是,有一些型號的單片機它的復位指令太過(guò)于簡(jiǎn)單,這樣也會(huì )存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗"指令,使其失往監控作用。有一些單片機的片上復位指令就做的比較好,一般他們把“喂狗"信號做成固定格式的多條指令依順序來(lái)執行,假如有一定錯誤則該“喂狗"操縱無(wú)效,這樣就大大進(jìn)步了復位電路的可靠性。


4.振蕩器


大部分的單片機都有一個(gè)耦合于外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上,要求外接是電容、晶體或陶瓷諧振器的引線(xiàn)越短越好。RC振蕩器對干擾信號有潛伏的敏感性,它能產(chǎn)生很短的時(shí)鐘周期,因而最好選晶體或陶瓷諧振器。另外,石英晶體的外殼要接地。


5.防雷擊措施


室外使用的單片機系統或從室外排擠引進(jìn)室內的電源線(xiàn)、信號線(xiàn),要考慮系統的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有:氣體放電管、TVS等。氣體放電管是當電源的電壓大于某一數值時(shí),通常為數十V或數百V,氣體擊穿放電,將電源線(xiàn)上強沖擊脈沖導進(jìn)大地。TVS可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管,當兩端電壓高于某一值時(shí)導通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數百乃上千A的電流


對干擾措施的軟件處理方法


電磁干擾源所產(chǎn)生的干擾信號在一些特定的情況下(比如在一些電磁環(huán)境比較惡劣的情況下)是無(wú)法消除的,將會(huì )進(jìn)進(jìn)CPU處理的的核心單元,這樣在一些大規模集成電路經(jīng)常會(huì )受到干擾,導致不能正常工作或在錯誤狀態(tài)下工作。特別是像RAM這種利用雙穩態(tài)進(jìn)行存儲的器件,往往會(huì )在強干擾下發(fā)生翻轉,使原來(lái)存儲的“0"變?yōu)椤?",或者“1"變?yōu)椤?";一些串行傳輸的時(shí)序及數據會(huì )因干擾而發(fā)生改變;更嚴重的會(huì )破壞一些重要的數據參數等;造成的后果往往是很?chē)乐氐?。在這種情況下軟件設計的好壞直接影響到整個(gè)系統的抗干擾能力的高低。


1.程序會(huì )由于電磁干擾大致會(huì )一下幾種情況:


①程序跑飛。


這種情況是最常見(jiàn)的干擾結果,一般來(lái)說(shuō)有一個(gè)好的復位系統或軟件幀測系統即可,對整個(gè)運行系統的不會(huì )產(chǎn)生太大的影響。


②死循環(huán)或不正常程序代碼運行。


當然這種死循環(huán)和不正常程序代碼并非設計職員有意寫(xiě)進(jìn)的,我們知道程序的指令是由字節組成的,有的是單字節指令而有的是多字節指令,當干擾產(chǎn)生后使得PC指針發(fā)生變化,從而使原來(lái)的程序代碼發(fā)生了重組產(chǎn)生了不可猜測的可執行的程序代碼,那么,這種錯誤是致命的,它會(huì )有可能會(huì )往修改重要的數據參數,有可能產(chǎn)生不可猜測的控制輸出等一系列錯誤狀態(tài)。


2.對重要參數儲存的措施


一般情況下,我們可以采用錯誤檢測與糾正來(lái)有效地減少或避免這種情況的出現。根據檢錯、糾錯的原理,主要思想是在數據寫(xiě)進(jìn)時(shí),根據寫(xiě)進(jìn)的數據天生一定位數的校驗碼,與相應的數據一起保存起來(lái);當讀出時(shí),同時(shí)也將校驗碼讀出,進(jìn)行。假如出現一位錯誤則自動(dòng)糾正,將正確的數據送出,并同時(shí)將改正以后的數據回寫(xiě)覆蓋原來(lái)錯誤的數據;假如出現兩位錯誤則產(chǎn)生中斷報告,通知CPU進(jìn)行異常處理。所有這一切動(dòng)作都是靠軟件設計自動(dòng)完成的,具有實(shí)時(shí)性和自動(dòng)完成的特點(diǎn)。通過(guò)這樣的設計,能大大進(jìn)步系統的抗干擾能力,從而進(jìn)步系統的可靠性。


檢錯與糾錯原理:


首先來(lái)看看檢錯和糾錯的基本原理。進(jìn)行差錯控制的基本思想是在信息碼組中以一定規則加進(jìn)不同方式的冗余碼,以便在信息讀出的時(shí)候依靠多余的監視碼或校碼碼來(lái)發(fā)現或自動(dòng)糾正錯誤。


針對誤碼發(fā)生的特點(diǎn),即錯誤發(fā)生的隨機性和小概任性,它幾乎總是隨機地影響某個(gè)字節中的某一位(bit),因此,假如能夠設計自動(dòng)糾正一位錯誤,而檢查兩位錯誤的編碼方式。就可以大大進(jìn)步系統的可靠性。


3.對RAM和FLASH(ROM)的檢測


在編制程序時(shí)我們最好是寫(xiě)進(jìn)一些檢測程序來(lái)測試RAM和FLASH(ROM)的數據代碼,看有無(wú)發(fā)生錯誤,一旦發(fā)生要立即糾正,糾正不了的要及時(shí)給出錯誤指示,以便用戶(hù)往處理。


另外,在編制程序時(shí)加進(jìn)程序冗余是。在一定的地方加進(jìn)三條或三條以上NOP指令對程序的重組有著(zhù)很有效防止作用。同時(shí),在程序的運行狀態(tài)中要引進(jìn)標志數據和檢測狀態(tài),從而及時(shí)發(fā)現和糾正錯誤產(chǎn)生。




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