毕业设计（论文）--单片机的电磁兼容性设计.docVIP

附件C：译文 单片机的电磁兼容性设计 1 背景知识应用讨论了如何设计一个考虑电磁兼容性的应用。几乎每一个消费电子、汽车、工业应用都有一个在内多数情况都是采用廉价、单芯片。典型的单片机具有CPU、RAM、ROM和IO口，并且可以具有如模数转换模块、LCD驱动、基于电视应用的屏幕显示、基于电话的DTMF发生器、交流电机驱动电路、EEPROM等定制的功能模块。 由于单片机功能增加随着市场价格的下降，MCU生产商必须不断地减少他们的制造成本。减小片上晶体管和门的大小可以实现这一点，而且还可以帮助生产出能够工作在更高频率上的MCU。 当一个晶体管减小，其转时间将会减少。根据傅里叶分析，信号的边沿会产生谐波信号，这些信号放大会引起问题。同样的，如果器件具有快的转，们会对到来的信号产生作用高频噪声和错误信号，将会引起门状态的转变。大多数现代MCU工作的速度在2MHz到40MHz范围内，内部的器件具有从几纳秒到低于一纳秒不等的转换速度，使它们具有潜在的EMC问题。 2 EMC——电磁兼容性 许多电子线路相互靠近，保证它们不会被外部噪声源影响，并且这些电路本身不会成为噪声源而影响到其他电路是必要的。这种关系被称之为电磁兼容性。 。辐射和感受都会具有传导性质或辐射性质。例如，图1是一个办公室复印机发射射频信号到外界环境引起了监视器的显示是一个辐射EMC问题。类似的，复印机辐射噪声到电力电源，反过来传导到电脑监视器电力电源，从而以传导方式引起了故障。由于设计和射频噪声辐射，监视器可以被视为复印机电磁干扰的受害者。可以监视器的设计，并且不能处理存在于电子办公设备中的背景环境噪声。 3辨别一个EMC问题 因此，。然而，无论在什么阶段发现了问题，问的第一个问题是:“这个问题是辐射还是感受？”理所当然，接下来：“是MCU辐射噪声对其他电路造成影响还是外部产生的噪声引起了MCU异常？” 3.1辐射 来自于数字信号源的辐射通常是由高频时钟产生的高频谐波。这些辐射一般由电源和数字信号回路的开关电流以及主电源数字电源的开关电流的辐射引起。这些开关电流循环流动就像小天线并辐射出差模磁场。此外，任何和感的路径会导致电路中电压下降，这将使电路中的某些部分处在一个相对于地的共模电位。 如果一个辐射问题存在于一个单片机应用中，那么PCB设计最有可能是主要，因为硅片上的环路面积数量级要比在PCB上的小得多。辐射能来电源，因为数字芯片中的所有电流都从这里通过。端口引脚被设计得具有更高的驱动能力，因此尺寸通常偏大，这使得电容增大以确保数字信号的转变比内部门电路的转变要慢些。因为端口引脚通常是由软件控制的，他们的转变要比MCU内部电路的转变慢一些。这就意味着端口引脚通常不存在辐射问题。唯一的例外是当端口引脚驱动大电流的情况，这里的磁场强度正比于开关电流，也正比于回路天线面积。解决问题的方法是减小电流或者减小回路面积。在大多数情况，改变的是环路面积。MCU最快的外部基准频率是晶振电路频率。如果使用晶振电路，那么这个信号通常近似于正弦波。因为晶振电路很小，且信号近似正弦波，高次谐波衰减很大，因此不会影响其他电路。如果时钟来源于外部，要注意信号的路径尽可能的靠近地线\平面以最大限度减小环路。 对带有外部存储设备甚至微处理器的MCU，辐射的问题可能更加严重。举例来说，主要的噪声源是使外部存储工作的时钟，它的很快，布线没有经过思考而且具有很长的地环路。这使得时钟信号就像是一个很强的环天线，它辐射时钟信号和高次谐波。低位地址和数据线没有正确同样会，但是减小电流环路会有明显的帮助。 3.2感受 大多数MCU采用CMOS技术设计且按门闩和触发器原理工作从而更加复杂的功能。因为它们的同步特性，一个坏的时钟电平很容易造成故障。任何CMOS器件都具有一个噪声容限，如果超过该容限将会导致故障。 故障通常这四类： MCU暂时出现障碍，然后自行恢复。 MCU发生故障，然后中断或者复位以恢复正常。 MCU发生故障断电然后上电恢复。 MCU发生故障且发生闩锁效应从而导致永久的损坏。 如果故障，这可能不会引起注意，由于这两类故障的发生无规律，终端用户可能永远看不到。 然而，如果故障3和4类，它一定会被看做一个免疫问题并且不会被任何制造商接受。第四类故障在其领域类内的第一次发生是有必要的，因为在设计阶段发生的故障会使得产品发布停止。如果在产品的设计阶段没有进行EMC测试，这类故障将会是无法预测的。 4解决电磁兼容性问题 通过给予以下三个方面特别的关注能够使所有应用的电磁兼容性得到提高： PCB布局 看门狗电路 防御性编程 4.1 PCB布局 PCB布局是免疫故障最普遍的诱因。通过关注的三个关键，可以提高电磁兼容性。这三个关键是： 电源布线 晶振电路 输入引脚 4.1.1电源 电源上的任何噪声无疑会引起