Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

• Использовать при пайке только заземленные паяльники;

• Не вынимать, и не заменять устройства CMOS при включенной схеме;

Если эти правила обращения добросовестно исполняются, то схемы CMOS защищены от случайных повреждений. Кроме правил обращения, имеются также некоторые рекомендаций проектированию, которым необходимо следовать.

Рассмотрим некоторые рекомендации, позволяющие обеспечить грамотное проектирование интегральных микросхем на базе CMOS.

• Часто при проектировании встроенной системы, имеются несколько неиспользуемых вводов процессора. Вы не можете игнорировать эти вводы. Они должны быть правильно подсоединены к питающему напряжению процессора через резистор (4,7 кОм) или заземлены. Далее в этой главе, мы рассмотрим проблемы, возникающие при неправильном подсоединении этих выводов.

• Встроенная система на базе CMOS часто монтируется на печатной монтажной плате (PCB), связанной с другими платами через соединители.

Когда внешние соединители PCB связаны непосредственно с входами или выходами устройства CMOS, должен использоваться добавочный резистор. Эти последовательно включенные резисторы минимизируют повреждения из-за статического электричества при стыковке и расстыковке соединителей PCB.

• Как мы видели в предыдущей главе, устройства CMOS должны использоваться только в границах нормированных электрических параметров. Если при разработке выйти за пределы этих спецификаций, схемы могут работать неправильно.

Вы, вероятно, чувствуете себя теперь достаточно подготовленными. Вы понимаете и можете применять методы проектирования CMOS, и знакомы с концепциями связи с помощью интерфейса из предыдущей главы. Однако вы можете следовать всем этим правильным рекомендациям, и, тем не менее, ваша система все-таки будет работать неправильно. Это приводит нас к следующему разделу, посвященному помехам системы и способам предотвращения и снижения их влияния.

В этом разделе мы тщательно исследуем Немезиду проектировщика — помехи! Мы ответим на следующие вопросы: Что представляют собой помехи? Что является их источником? Какими удачными действиями при проектировании можно минимизировать чувствительность к помехам?

В самом простом смысле, помехой является любой нежелательный сигнал, не принадлежащий системе. Источники этих нежелательных сигналов могут быть внешними или внутренними по отношению к системе. Например, таймер на базе кристалла, необходим для системы процессора. Однако, когда сигнал таймера обнаруживается в других частях системы, где его не должно быть, он рассматривается как помеха. В любой схеме необходимо знать источник помех , потому что это знание поможет вам определить наилучший способ избавиться от них. На рис. 6.4 приведен краткий обзор источников помех.

Рис. 6.4.Источники помех

• Разряд электростатического электричества (ESD):ESD может в основном быть определено как статическое электричество. Как уже упомянуто, в устройствах CMOS при воздействии статического электричества может быть поврежден затвор. Статическое электричество проявляется, когда два объекта с зарядами различных знаков входят в соприкосновение.

• Высокочастотные помехи (RFI):Эти помехи вызваны излучаемой энергией и могут быть созданы радио, сотовыми телефонами и т.д. Хотя они могли бы исходить от источника полезного сигнала, но если этот сигнал нежелателен для нашей системы, он все равно должен рассматриваться как помеха. Один из авторов описывает время, когда он жил в Омахе, штат Небраска, в течение ряда лет: «Мы использовали, чтобы получить некоторые довольно сильные «микрофоны грома» — ливни со значительным громом и молнией. Мы могли бы также сообщать, когда такой шторм приходил близко, потому что разряды молнии заставляли звонить наш дверной звонок. Первый раз, когда это случалось, мы были очень удивлены, «кто звонит в дверной звонок в 2 часа ночи в разгар такого большого ливня?». Однажды я выяснил, что это радиопомехи, созданные молнией, наводили напряжение в нашей схеме дверного звонка, и я использовал его как сигнал о приближении штормов. Кроме внешних помех, обратите внимание, что сам микроконтроллер может быть непосредственным источником помех. Частота таймера в процессоре 68HC12 составляет 8 МГц. Гармонический анализ тактовых импульсов показывает, что значительные гармоники существуют на десятой гармонике при частоте 80 МГц! Если печатная монтажная плата разработана неправильно, и не может минимизировать влияние радиопомех, эти частоты могут излучаться и восприниматься как помехи.

• Электромагнитные интерференционные (EMI);имеются две категории EMI: излучения и проводимости. Оба вида помех, вызываются электромеханическим оборудованием типа двигателей. В излучаемых EMI, источник помех — не обязательно в контакте с системой. Фактически, этот тип EMI часто классифицируется как радиопомехи. В EMI типа проводимости, помехи вызываются в проводнике, когда проводник проходит через электромагнитный поток, созданный источником помехи. Вспомним, что по закону Фарадея, напряжение вызывается в проводнике, когда он пересекает линии магнитного потока. Вы, вероятно, наблюдали эти явления при использовании электрической бритвы, мощной дрели или миксера. Если вы смотрите телевидение без кабеля связи, и один из этих приборов используется соседями, вы часто наблюдаете помехи на экране вашего телевизора.

• Просадки напряжения:просадки напряжения или «кратковременные провалы напряжения питания» вызваны уменьшением напряжения в сетях переменного тока. Они происходят, когда большая нагрузка подключается к сети переменного тока. Представьте себе жаркий, влажный день. Весь длинный день вы провели на работе, и ваша первая реакция, когда вы добираетесь до своего дома, включить воздушный кондиционер, чтобы охладить свое жилище. Если много людей делают это одновременно, это создает огромные перегрузки в сети, и может сопровождаться кратковременным провалом сетевого напряжения. Кратковременные провалы напряжения питания могут наносить ущерб незащищенным системам. Не забудьте, что устройства CMOS имеют очень специфические рабочие границы. Питающее напряжение определено в 5.0 В ± 10%. Кратковременный провал напряжения питания может заставить питающее напряжение выйти за границы этого допуска. Когда это происходит, уровни логического нуля и единицы не выдерживаются. Защита от посадок напряжения обеспечивается управляющими схемами, обсужденными в разделе 6.6.5 этой главы.