單片機的電池兼容性設(shè)計-文庫吧
2025-06-14 22:04 本頁面
【正文】 為它們的同步特性，一個壞的時鐘電平很容易造成故障。任何CMOS器件都具有一個噪聲容限，如果超過該容限將會導(dǎo)致故障。故障通常有這四類型：1. MCU暫時出現(xiàn)障礙，然后自行恢復(fù)。2. MCU發(fā)生故障，然后中斷或者復(fù)位以恢復(fù)正常。3. MCU發(fā)生故障斷電，然后通過上電進行恢復(fù)。4. MCU發(fā)生故障且發(fā)生閂鎖效應(yīng)從而導(dǎo)致永久的損壞。如果故障屬于1和2類，這可能不會引起注意，由于這兩類故障的發(fā)生無規(guī)律，終端用戶可能永遠看不到。 然而，如果故障屬于3和4類，它一定會被看做一個免疫問題并且不會被任何制造商接受。第四類故障在其領(lǐng)域類內(nèi)的第一次發(fā)生是有必要的，因為在設(shè)計階段發(fā)生的故障會使得產(chǎn)品發(fā)布停止。如果在產(chǎn)品的設(shè)計階段沒有進行EMC測試，這類故障將會是無法預(yù)測的。4解決電磁兼容性問題 通過給予以下三個方面特別的關(guān)注能夠使所有MCU應(yīng)用的電磁兼容性得到提高：1. PCB布局2. 看門狗電路3. 防御性編程 PCB布局 PCB布局是MCU免疫故障最普遍的誘發(fā)因素。通過關(guān)注MCU的三個關(guān)鍵地方，可以提它的高電磁兼容性。這三個關(guān)鍵地方是：1. 電源布線2. 晶振電路3. 輸入引腳 電源上的任何噪聲無疑會引起故障發(fā)生。如果VDD或者VSS線不穩(wěn)定，那么內(nèi)部電路（如觸發(fā)器和反相器）可能會改變狀態(tài)，從而導(dǎo)致故障發(fā)生。同樣的，如果有電流發(fā)生大的、快速的變化，那么可能會發(fā)生較強的輻射。一般來說，任何不需要的高頻信號必須通過到地的低阻抗路徑得到衰減。因為所有的信號電流都會流過VSS和VDD，所以信號線應(yīng)該盡量靠近VDD和VSS以減小電流環(huán)路面積。 采用具有地線層和電源層的多層PCB板總能達到較好的效果，因為這總能將所有電流環(huán)路的面積減到最小，并且減小信號線之間的互感。在低成本的應(yīng)用中，一般的多層PCB板是縮減成本的關(guān)鍵，因此經(jīng)常使用雙面或單面板。因此，為了對抗電磁兼容性問題，需要對PCB設(shè)計的其他方面給予更多的關(guān)注。 確保地線和電源線盡可能寬，退耦盡可能地靠近單片機能減少互感。細導(dǎo)線對高頻電流具有高阻抗，這意味著電流通過它們將會產(chǎn)生潛在的差異。 對于變化快的電流（這取決于器件的直流電源是怎樣產(chǎn)生的）可以通過確保VSS和VDD到大地具有低阻抗路徑來提高電磁兼容性。 用交流電力電源變換產(chǎn)生直流電源最一般的方法如圖2所示。交流電力電源通過降壓得到一個較小的交流信號，經(jīng)過橋式整流得到直流電壓，然后通過濾波或平滑，再通過電壓調(diào)節(jié)器。在這種情況下，任何金屬附件都要連接到地線上。 由于退耦電容的存在，高頻信號在VDD和VSS的電位將會是一樣的。在圖2中開關(guān)電流到大地的低阻抗路徑是VSS路徑。圖2 交流電力電源變換成直流電源的典型方法注意 如果附件之間的連接不良，那么較高的地阻抗將會導(dǎo)致較高的差模電壓。這反過來又會帶來更壞的結(jié)果。對這個電路，任何高頻信號線應(yīng)該和VSS進行退耦以避免串?dāng)_和輻射。 在一些低成本的應(yīng)用中，直流電源的產(chǎn)生略有不同。一個替代電路如圖3所示。圖中一個耐高壓的二極管和電容被連接到電力電源上組成一個半波整流器。然后通過一個平滑電容消除紋波，一個齊納二極管連接到電力電源上，它的陽極處于浮地狀態(tài)。圖3 低成本的交流電力電源變換成直流電源的方法 此時，到大地的低阻抗路徑是通過帶電的電力線的VDD電源線。在這種情況下，在高頻信號線與VSS地線間進行退耦對單片機的電磁兼容性將起不到幫助。在一定程度上，對這種類型的電路，在高頻信號線和VDD電源線間進行退耦會更加合理。 電源上的退耦不充分是一個常見的故障。這個電容對低頻噪聲很有效，而且保證MCU有一個良好、穩(wěn)定的電流供給。但是，如果MCU工作在40MHz及以上頻率時存在輻射或者免疫問題。因為所有的電容即便是采用SOIC封裝都具有一個內(nèi)部電感和引線電感，一個典型的退耦電容具有大約5nH的電感。這意味著并聯(lián)諧振會在大約7MHz的頻率上發(fā)生，在感抗后它將成為高頻中的主要成分。在盡可能靠近電源線的位置安裝一個1到10nF的電感可以得到一個好的結(jié)果（諧振頻率將高于20MHz）。在設(shè)計單層PCB板時，選擇合適的退耦電容可以對它的電磁兼容性產(chǎn)生重要的影響。 晶振電路（如圖4）由一個連接到晶體振蕩器或陶瓷振蕩器的反相器組成，這個反相器是位于MCU內(nèi)部的。連接在上面的還有一個反饋電阻
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