【正文】 表面積層通過在普通工藝 PCB 上增加薄絕緣層和用于貫穿這些層的微孔的組合。對復(fù)雜的設(shè)計(jì)采用一個(gè)信號(hào)層配一個(gè)地線層是 十分有效的方法。 ●抑止電磁干擾的方法 很好地解決信號(hào)完整性問題將改善 PCB 板的電磁兼容性 (EMC)。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。 垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短，可以減少電阻和電路板間的熱阻，使電阻的熱量更加容易散發(fā)到空氣中。通常 SMD 表面貼裝XXX 學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 電阻比通孔元件具有較低的電感，所以 SMD 封裝元件成為首選。典型的用于 TTL 輸入信號(hào) (ACT, HCT, FAST)。 最后一種方式為分離匹配終端，這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。這種方式用于時(shí)間延遲影響不大的總線驅(qū)動(dòng)電路。其缺點(diǎn)是 RC 匹配終端中的電容可能影響信號(hào)的形狀和傳播速度。 RC 匹配終端可以減少功率消耗，但只能使用于信號(hào)工作比較穩(wěn)定的情況。 在上面的兩個(gè)例子中使用了簡單的終端電阻，實(shí)際中可選擇使用更復(fù)雜的匹配終端。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。采用自動(dòng)布線器是完成星型布線的最好的方法。但是這種走線結(jié)構(gòu)使得在不同的信號(hào)接收端信號(hào)的接收是不同步的。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短，安全的長度值應(yīng)該是： Stub Delay = Trt *. 例如，高速 TTL 電路中的分支端長度應(yīng)小于 英寸。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。 對于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動(dòng)端開始，依次到達(dá)各接收端。當(dāng)使用高速邏輯器件時(shí)，除非走線分支長度保持很短，否則邊沿快速變化的信號(hào)將被信號(hào)主干走線上的分支走線所扭曲。 ●合理規(guī)劃走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 解決傳輸線效應(yīng)的另一個(gè)方法是選擇正確的布線路徑和終端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對于 GaAs 芯片最大的布線長度應(yīng)為 英寸。工作頻率在 50MHz 布線長度應(yīng)不大于 英寸。現(xiàn)在普遍使用的很高時(shí)鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問題。 Timing errors ● 多次跨越邏輯電平門限錯(cuò)誤 False Switching ● 過沖與下沖 Overshoot/Undershoot ● 串?dāng)_ Induced Noise (or crosstalk) ● 電磁輻射 EMI radiation （ 2）、 避免傳輸線效應(yīng)的方法 針對上述傳輸線問題所引入的影響，我們從以下幾方面談?wù)効刂七@些影響的方法。 （ 1）、 基于上述定義的傳輸線模型，歸納起來，傳輸線會(huì)對整個(gè)電路設(shè)計(jì)帶來以下效應(yīng)。隨著能量的減弱反射信號(hào)的幅度將減小，直到信號(hào)的電 壓和電流達(dá)到穩(wěn)定。線徑越寬，距電源 /地越近，或隔離層的介電常數(shù)越高，特征阻抗就越小。串聯(lián)電阻的典型值 ohms/foot，因?yàn)榻^緣層的緣故，并聯(lián)電阻阻值通常很高。 （ 8）、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。 （ 6）對一些不理想的線形進(jìn)行修改。 （ 4）、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。 （ 2）、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在 PCB 中是否還有能讓地線 加寬的地方。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為 英寸(),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基 礎(chǔ)一般就定為 英寸 ( mm)或小于 英寸的整倍數(shù)，如： 英寸、 英寸、 英寸等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。多層板的接電（地）層的處理相同。 ② 容易造成虛焊點(diǎn)。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴? 信號(hào)線布在電（地）層上 在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成 本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。 （ 2）、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為： ～ ,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá) ～ ,電源線為 ～ mm。所以對電、 地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。 自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。布線的方式 也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。 } } } XXX 學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 系統(tǒng)的硬件外設(shè) PCB 設(shè)計(jì) PCB 設(shè)計(jì)中的流程和抗干擾措施 在 PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè) PCB 中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。 TI=0。 //置最后一行為 0， 開始行掃描 while(code_h!=0xff) //判斷是否為最后一行 ， 若不是 ， 繼續(xù)掃描 { SBUF=code_h。 if(P10==0) //如果 P2_4＝＝ 0， 可能有鍵按下 { delay()。 //8行發(fā)全 “0”， 準(zhǔn)備讀列狀態(tài) while(!TI)。 //關(guān)閉顯示器 P2_6=0。 //行掃描值 uchar code_l。 判斷 P10若為零，則 確定有建按下， 然后通過串行口發(fā)送掃描碼， 8位掃描碼的中只有一位為零 ，其他為高電平，開始行掃描， 讀取 P10檢測 到 P10為零， 則確定 有鍵 按下， 根據(jù) 掃描碼可以判斷是哪一個(gè)鍵 。 對鍵盤的控制主要 采用動(dòng)態(tài)掃描的方式 。 TI = 0。0xf00)8]。 TI = 0。0x0f0)4]。 TI = 0。0x00f]。 P12 = 1。 顯示采用三級串行移位寄存器串聯(lián)的方式，串行口以方式 0 的工作模式 給移位寄存器 74LS164 發(fā)送信號(hào)，三次串行發(fā)送可完成對三個(gè)數(shù)碼管的顯示。 鍵盤和顯示 由于 CAN 總線的通信速度快、數(shù)據(jù)量大，為了避免占用太多的 CPU 資源，對顯示采用了靜態(tài)顯示， 而鍵盤采用動(dòng)態(tài)掃描的方式 ，其原理圖 如圖 所示。 XXX 學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 I2C 總線讀寫時(shí)序圖 AT24C 系列片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加 1，故裝載一頁以內(nèi)規(guī)定數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，只須輸入首地址， 若裝載字節(jié)多于規(guī)定的最多字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)地址將 “上卷 ”，前面的數(shù)據(jù)被覆蓋。 圖 單 片機(jī) 外部 RAM 的讀寫時(shí)序圖 ROM 擴(kuò)展 AT24C 系列串行 E2PROM 具有 I2C 總線接口功能，功耗小，寬電源電壓 (根據(jù)不同型號(hào) ～ )，工作電流約為 3mA，靜態(tài)電流隨電源電壓不同為 30μA～ 110μA。 在 RAM 擴(kuò)展部分中，使用 74HC573 作為地址鎖存， 74HC573 的 OE 端接地，使其始終處于輸出允許的狀態(tài)， MCM5264 可以實(shí)時(shí)得到低位地址的譯碼信號(hào)。 P3 口主要用來作為第二功能口，它的 RD、 WR 和 INT0 等第二功 能都作為 對外設(shè)的控制。 P1 口作為控制口，主要用來控制外設(shè)，比如對鍵盤、顯示、 ROM 的控制。 在外部加入 12MHz 的晶振 ， 系統(tǒng)的指令執(zhí)行速度可以達(dá)到 1MHz。它在 AT89S51 單片機(jī)的基礎(chǔ)上為 P1口定義了第二功能，有六個(gè)外部中斷、三個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器，以及四個(gè)全雙工的串行通信口，同時(shí) 在指令上與 AT89S51 兼容， 對 控制 系統(tǒng)較為適用。 如圖 所示。 4 腳是光纖無光指示，當(dāng)光纖中沒有光的時(shí)候發(fā)光二極管發(fā)光。為了濾出電源中的高頻干擾，使用了 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)。 FiberCAN 接口主要采用 SDH 光收發(fā)一體模塊作為光電轉(zhuǎn)換模塊， SDH 收發(fā)模塊內(nèi)部集成了光電轉(zhuǎn)換、增益控制、電平轉(zhuǎn)換等功能，使得我們使用變的比較容易。這一原則就是 FiberCAN 總線接口必須滿足的接口協(xié)議?？梢娀谶@一原則，即使去掉 82C250，整個(gè)通訊仍然遵循 CAN 的通信協(xié)議．也就是說，當(dāng)去掉 82C25o，而將所有 SJA1000的 RX1端都接 2． 5 V電壓 (V 一 5 V 時(shí) )，當(dāng)某一個(gè) SJA1000的 TX0端輸出 0電平 (顯性 )時(shí)，所有 SJA1000的 RX0端收到 0電平，必有RX RX0，即所有 A1000收到顯性位。反之，當(dāng) SJA1000的 TX0為 1電平時(shí)， 82C250的 RXD=1，有 RX1RX0，總線上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的都是隱性位。由于 SJA1000與 82C250的連接關(guān)系是： RX0接 RxD， RX1接 VREF(當(dāng) V =5 V 時(shí)， VREF一 2． 5 V )。 表 CAN收發(fā)器 82C250的真值表 TxD CANH CANL 總線狀態(tài) RxD 0 高電平 低電平 顯性 0 1(或懸浮 ) 懸浮狀態(tài) 懸浮狀態(tài) 隱性 1 由圖 ，當(dāng) SJA1000的 TX0端輸出 0電平時(shí)， 82C250的 TxD端也為 0電平，此信號(hào)經(jīng) 82C250差動(dòng)發(fā)送后，使 cANH 為高電平， cANL為低電平，總線狀態(tài)呈顯性。圖中 SJA1000個(gè)管腳的功能分別是： TXO為 CAN 輸出驅(qū)動(dòng)器 0輸出。 CAN 光纖接口原理 首先我們從 WireCAN 接口來分析 FiberCAN 的可行性 。 SJA1000 采用獨(dú)立晶振，復(fù)位端連接單片機(jī)的復(fù)位鍵，和單片機(jī)同步復(fù)位。 控制器原理圖 圖 控制器原理圖 控制器原理 如圖 所示 。 在以下兩種不同的模式中訪問寄存器是不同的 ●復(fù) 位模式 ●工作模式 當(dāng)硬件復(fù)位或控制器掉線時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位模式。 微控制器和 SJA1000之間狀態(tài)、控制和命令信號(hào)的交換都是在控制段中完成的。 應(yīng)發(fā)送的信息會(huì)被寫入發(fā)送緩沖器。控制段在初始化載入是可被編程 來配置通訊參數(shù)的（例如位時(shí)序）微控制器也是通過這個(gè)段來控制 CAN總線上的通訊的。雙設(shè)備的獨(dú)立操作是通過象 RAM 一樣的片內(nèi)寄存器修正來實(shí)現(xiàn)的。 圖 SJA1000 原理結(jié)構(gòu)圖 4． BasicCAN 模式地址分配表 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要使用 BasicCAN 模式。 CAN 控制器 SJA1000 根據(jù)選擇的方案，采用 CAN 控制器 SJA1000 和光電轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行 CAN 接口的 組建。 因此我們選用 FiberCAN方案，由于是初步研究我們選用最簡單的點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。由于電?dòng)汽車現(xiàn)場情況較為復(fù)雜， 一旦雙絞線 CAN網(wǎng)絡(luò)裝車， 由于車輛電氣系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾， 有時(shí)導(dǎo)致 CAN網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。 方案選擇 WireCAN的特點(diǎn)是： 技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)， 造價(jià)低廉， 理論上節(jié)點(diǎn)數(shù)無限制， 對環(huán)境電磁輻射有一定抑制能力。中間層是纖芯和包層 =者表層的融臺(tái)， 生成了一種均勻的透明層。由電子顯微鏡觀察到的芯包界面的圖象， 可看到界面有兩種基本類型。通常纖芯直徑 0． 5mm到 ， 包層厚度 5μm到 50μm。它具有良好的綜合質(zhì)量穩(wěn)定性， 并已證明具有高可靠性。 當(dāng)不處于極端高溫下時(shí)， PMMA POF芯顯示有許多突出的性能。在網(wǎng)絡(luò)中使用耐熱的 PC POF最長為 5米，對于超過 1 0米長的網(wǎng)絡(luò)，主要使用低傳輸損耗的 PMMA POF。 PC POF耐熱 1 20℃ 或更高， 可在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙中應(yīng)用， 但傳輸損耗高。目前有兩種類型的塑料光纖： PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯 )和 PC(聚碳酸酯 )。第 ， POF易于切斷和加工。其次， 因?yàn)?POF是大直徑光纖，它能傳輸?shù)墓馔?量 大。 圖 CAN接口原理圖 光纖的選擇 塑料光纖 (POF)具備了有利于大量生產(chǎn)的若干優(yōu)點(diǎn)。 FiberCAN 節(jié)點(diǎn) FiberCAN的節(jié)點(diǎn)連接方式和 WireCAN大致相同， 只是物理數(shù)據(jù)發(fā)送 的介質(zhì)是 光纖，發(fā)送器為 光電轉(zhuǎn)換器。與雙絞線和同軸電纜相比， 光纜還具有不輻射 、不導(dǎo)電、不存在光信號(hào)相互干擾的影響，也不會(huì)有在線路 “接頭處 ”感應(yīng)耦合導(dǎo)致的安全問題。 82C250 的 Rs 腳 上接有一個(gè)斜率電阻，電阻的大小可根據(jù)總 線的通信速率適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般在 16~140K 歐之間。 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個(gè) 30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。 82C250 與 CAN 總線的接口部分野采用了一定的安全和抗干擾措施。電源的完全隔離可采用小功率的電源隔離模塊或帶多 5V 隔離輸出的開關(guān)電源模塊 實(shí)現(xiàn)。 為了增強(qiáng) CAN 總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不直接與 82c250相連，而是通過高速光耦 6N137 后與 82C250