(1) 在元器件的布局方面,该当把相互有关的元件只管即便放得靠近一些,例如,时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声,在放置的时候应把它们靠近些。对付那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等,应只管即便使其阔别单片机的逻辑掌握电路和存储电路(ROM、RAM),如果可能的话,可以将这些电路其余制成电路板,这样有利于抗滋扰,提高电路事情的可靠性。
(2) 只管即便在关键元件,如ROM、RAM等芯片阁下安装去耦电容。实际上,印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc走线上引起严重的开关噪声尖峰。防止Vcc走线上开关噪声尖峰的唯一方法,是在VCC与电源地之间安顿一个0.1uF的电子去耦电容。如果电路板上利用的是表面贴装元件,可以用片状电容直接紧靠着元件,在Vcc引脚上固定。最好是利用瓷片电容,这是由于这种电容具有较低的静电损耗(ESL)和高频阻抗,其余这种电容温度和韶光上的介质稳定性也很不错。只管即便不要利用钽电容,由于在高频下它的阻抗较高。
在安顿去耦电容时须要把稳以下几点:
在印制电路板的电源输入端跨接100uF旁边的电解电容,如果体积许可的话,电容量大一些则更好。
原则上每个集成电路芯片的阁下都须要放置一个0.01uF的瓷片电容,如果电路板的空隙太小而放置不下时,可以每10个芯片旁边放置一个1~10的钽电容。
对付抗滋扰能力弱、关断时电流变革大的元件和RAM、ROM等存储元件,该当在电源线(Vcc)和地线之间接入去耦电容。
电容的引线不要太长,特殊是高频旁路电容不能带引线。
(3) 在单片机掌握系统中,地线的种类有很多,有系统地、屏蔽地、逻辑地、仿照地等,地线是否布局合理,将决定电路板的抗滋扰能力。在设计地线和接地点的时候,该当考虑以下问题:
逻辑地和仿照地要分开布线,不能合用,将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。在设计时,仿照地线应只管即便加粗,而且只管即便加大引出真个接地面积。一样平常来讲,对付输入输出的仿照旗子暗记,与单片机电路之间最好通过光耦进行隔离。
在设计逻辑电路的印制电路版时,其地线应构成闭环形式,提高电路的抗滋扰能力。
地线应只管即便的粗。如果地线很细的话,则地线电阻将会较大,造成接地电位随电流的变革而变革,致使旗子暗记电平不稳,导致电路的抗滋扰能力低落。在布线空间许可的情形下,要担保紧张地线的宽度至少在2~3mm以上,元件引脚上的接地线该当在1.5mm旁边。
要把稳接地点的选择。当电路板上旗子暗记频率低于1MHz时,由于布线和元件之间的电磁感应影响很小,而接地电路形成的环流对滋扰的影响较大,以是要采取一点接地,使其不形成回路。当电路板上旗子暗记频率高于10MHz时,由于布线的电感效应明显,地线阻抗变得很大,此时接地电路形成的环流就不再是紧张的问题了。以是应采取多点接地,只管即便降落地线阻抗。
电源线的支配除了要根据电流的大小只管即便加粗走线宽度外,在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身同等在布线事情的末了,用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满,这些方法都有助于增强电路的抗滋扰能力。
数据线的宽度应尽可能地宽,以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于0.3mm(12mil),如果采取0.46~0.5mm(18mil~20mil)则更为空想。
由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应,这对付高频电路,将会引入太多的滋扰,以是在布线的时候,应尽可能地减少过孔的数量。再有,过多的过孔也会造成电路板的机器强度降落。
一个单片机运用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能知足运用系统的哀求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统的配置,即按照系统功能哀求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计得当的接口电路。
系统的扩展和配置应遵照以下原则:
1、尽可能选择范例电路,并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的根本。
2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分知足运用系统的功能哀求,并留有适当余地,以便进行二次开拓。
3、硬件构造应结合运用软件方案一并考虑。硬件构造与软件方案会产生相互影响,考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实殃,以简化硬件构造。但必须把稳,由软件实现的硬件功能,一样平常相应韶光比硬件实现长,且占用CPU韶光。
4、系统中的干系器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。
5、可靠性及抗滋扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。
6、单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不敷时,系统事情不可靠,可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降落总线负载。
7、只管即便朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互滋扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降落了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统SoC已经可以实现,如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。
单片机系统硬件抗滋扰常用方法实践:
影响单片机系统可靠安全运行的紧张成分紧张来自系统内部和外部的各种电气滋扰,并受系统构造设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的滋扰成分,常会导致单片机系统运行失落常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事件,造成重大经济丢失。
形成滋扰的基本要素有三个:
(1)滋扰源。指产生滋扰的元件、设备或旗子暗记,用数学措辞描述如下:du/dt, di/dt大的地方便是滋扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为滋扰源。
(2)传播路径。指滋扰从滋扰源传播到敏感器件的通路或媒介。范例的滋扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件。指随意马虎被滋扰的工具。如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱旗子暗记放大器等。滋扰的分类 1滋扰的分类滋扰的分类有好多种,常日可以按照噪声产生的缘故原由、传导办法、波形特性等等进行不同的分类。按产生的缘故原由分:可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导办法分:可分为共模噪声和串模噪声。按波形分:可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
2 滋扰的耦合办法滋扰源产生的滋扰旗子暗记是通过一定的耦合通道才对测控系统产生浸染的。因此,我有有必要看看滋扰源和被滋扰工具之间的通报办法。滋扰的耦合办法,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,紧张有以下几种:
(1)直接耦合:这是最直接的办法,也是系统中存在最普遍的一种办法。比如滋扰旗子暗记通过电源线侵入系统。
(2)公共阻抗耦合:这也是常见的耦合办法,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情形。为了防止这种耦合,常日在电路设计上就要考虑。使滋扰源和被滋扰工具间没有公共阻抗。
(3)电容耦合:又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。
(4)电磁感应耦合:又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。
(5)泄电耦合:这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。
常用硬件抗滋扰技能针对形成滋扰的三要素,采纳的抗滋扰紧张有以下手段。
1 抑制滋扰源抑制滋扰源便是尽可能的减小滋扰源的du/dt,di/dt。这是抗滋扰设计中最优先考虑和最主要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小滋扰源的du/dt紧张是通过在滋扰源两端并联电容来实现。减小滋扰源的di/dt则是在滋扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制滋扰源的常用方法如下:
(1)继电器线圈增加续流二极管,肃清断开线圈时产生的反电动势滋扰。仅加续流二极管会使继电器的断开韶光滞后,增加稳压二极管后继电器在单位韶光内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一样平常是RC串联电路,电阻一样平常选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。
(3)给电机加滤波电路,把稳电容、电感引线要只管即便短。
(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。把稳高频电容的布线,连线应靠近电源端并只管即便粗短,否则,即是增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
2 割断滋扰传播路径按滋扰的传播路径可分为传导滋扰和辐射滋扰两类。所谓传导滋扰是指通过导线传播到敏感器件的滋扰。高频滋扰噪声和有用旗子暗记的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法割断高频滋扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来办理。电源噪声的危害最大,要特殊把稳处理。所谓辐射滋扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的滋扰。一样平常的办理方法是增加滋扰源与敏感器件的间隔,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。割断滋扰传播路径的常用方法如下:
(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,全体电路的抗滋扰就办理了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的滋扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件哀求不高时也可用 100Ω电阻代替磁珠。
(2)如果单片机的I/O口用来掌握电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。
(3)把稳晶振布线。晶振与单片机引脚只管即便靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
(4)电路板合理分区,如强、弱旗子暗记,数字、仿照旗子暗记。尽可能把滋扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)阔别。
(5)用地线把数字区与仿照区隔离。数字地与仿照地要分离,末了在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。
(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互滋扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。
(7)在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方利用抗滋扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显著提高电路的抗滋扰性能。
3 提高敏感器件的抗滋扰性能提高敏感器件的抗滋扰性能是指从敏感器件这边考虑只管即便减少对滋扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快规复的方法。提高敏感器件抗滋扰性能的常用方法如下:
(1)布线时只管即便减少回路环的面积,以降落感应噪声。
(2)布线时,电源线和地线要只管即便粗。除减小压降外,更主要的是降落耦合噪声。
(3)对付单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情形下接地或接电源。
(4)对单片机利用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大幅度提高全体电路的抗滋扰性能。
(5)在速率能知足哀求的条件下,只管即便降落单片机的晶振和选用低速数字电路。
(6)IC器件只管即便直接焊在电路板上,少用IC座。
4 其它常用抗滋扰方法互换端用电感电容滤波:去掉高频低频滋扰脉冲。变压器双隔离方法:变压器低级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与低级间电容中央接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗滋扰的关键手段。次级加低通滤波器:接管变压器产生的浪涌电压。采取集成式直流稳压电源:由于有过流、过压、过热等保护。I/O口采取光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。通讯线用双绞线:打消平行互感。防雷电用光纤隔离最为有效。A/D转换用隔离放大器或采取现场转换:减少偏差。外壳接大地:办理人身安全及防外界电磁场滋扰。加复位电压检测电路。防止复位不充份,CPU就事情,尤其有EEPROM的器件,复位不充份会改变EEPROM的内容。印制板工艺抗滋扰:
①电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以减少互感振荡。
②CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频滋扰旗子暗记。
③独立系统构造,减少接插件与连线,提高可靠性,减少故障率。
④集成块与插座打仗可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,防止器件打仗不良故障。
⑤有条件采取四层以上印制板,中间两层为电源及地。