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

• Импульсные перенапряжения:Импульсные перенапряжения подобны просадкам напряжения; однако, они увеличивают питающее напряжение переменного тока. Волна импульсного перенапряжения может вызывать серьезное повреждение незащищенной системы. Защиту от перенапряжений можно обеспечить с помощью хорошего фильтра на удлинителе или на источнике питания.

Теперь, когда мы имеем хорошее определение того, что такое помеха, мы обнаруживаем, что обрели новую головную боль. Как проектировщики системы, мы должны защитить нашу встроенную микроконтроллерную систему от всех этих источников помех. Электромагнитная совместимость (ЭМС) — технический термин, относящийся к электромагнитному спектру. Если изделие испускает сигналы вне определенного спектрального диапазона, оно рассматривается как источник помех. Оно не должно генерировать сигналов, частота которых лежит вне допустимой области спектра. Кроме того, что касается излучения, мы также должны быть затронуть вопросы чувствительности готового изделия к описанным выше внешним источникам помех. Мы должны рассматривать ЭМС с точки зрения излучения или чувствительности. Можно увеличивать степень ЭМС, снижая уровень излучения источника помех или чувствительность приемника.

Основываясь на изложенном, нетрудно понять, что ЭМС — это серьезная проблема при разработке изделия. Поэтому имеется ряд национальных и международных агентств, которые обеспечивают руководства и правила, касающиеся ЭМС. Мы приведем краткий обзор этих агентств и разработанных ими правил далее в этой главе.

В следующем разделе, мы начинаем исследовать, как систематически обеспечивать защиту от помех, и внешних и внутренних относительно схемы. Эта информация была собрана из ряда публикаций о применениях, изготовителей и из уроков, полученных из инженерной практики. Полные ссылки на использованную литературу приводятся в разделе «Что еще прочитать» в конце главы.

Для начала, мы возможно должны пересмотреть наши представления о помехах. Как мы видели в примерах, обсужденных ранее в этой главе, очень трудно обеспечить общую защиту от помех на уже законченном изделии. Мы видели, что электромагнитную совместимость необходимо рассматривать на стадии разработки технических требований для каждой встроенной системы управления. При разработке спецификаций системы, должна быть выполнена полная опись ожидаемых эксплуатационных режимов. Затем должны быть разработаны спецификации, охватывающие эти ожидаемые эксплуатационные режимы.

В этом разделе мы приводим перечень методов снижения помех. Этот перечень основан на работе, проведенной Гленевинкелем (М. Glenewinkel) [1995] и дополненный информацией из ряда применений, который заслуживает внимания практикующих инженеров. Некоторые из этих методов иллюстрируются на рис. 6.5.

a) Поверхностный монтаж компонентов

б) Подключение источника питания

в) Низкая частота тактирования, заземление корпуса кристалла

г) Подсоединение свободных выводов

д) Способы заземления

е) Защищенный от помех корпус с защитным заземлением и экранированный сигнальный кабель

ж) переключатель со схемой подавления дребезга контакта

з) Ввод сигнала

и) Разводка дорожек на плате

Рис. 6.5.Методы снижения помех

• Элементы для поверхностного монтажа:вообще менее восприимчивы к помехам, чем элементы с проводниками. Если вы недавно занимались созданием устройства на печатной плате, вы вероятно наблюдали, что компоненты для навесного монтажа стало труднее приобрести. Интегральные схемы, процессоры, резисторы, конденсаторы, и т.д. легче купить в корпусах, предназначенных для поверхностного монтажа.

• Снижение помех от источников питания:Источники питания могут быть и источниками помех. Встроенные процессоры могут генерировать выбросы мощности из-за проходящих в них переходных процессов. Такой выброс походит на импульс, а импульс имеет значительные высокочастотные составляющие в разложении Фурье. Если переходные процессы в источнике питания неправильно развязаны с встроенной системой, могут возникать проблемы ЭМС. Как нечто само собой разумеющееся, вы должны включить развязывающие конденсаторы, чтобы минимизировать эти переходные процессы. Обычно конденсатор емкостью 0,1 мкФ используется для частот до 15МГц. Эти конденсаторы должны быть аксиальными стеклянными, многослойными керамическими. Конденсаторы в 0.01 мкФ должны использоваться для действующих частот больших, чем 15МГц. Эти конденсаторы должны быть подключены между вводами источника питания и земли для каждого корпуса интегральной схемы (ИС). Конденсаторы должны быть помещены как можно ближе к каждой ИС. В дополнение к этим конденсаторам, конденсатор емкостью от 10 до 470 мкФ должен быть включен между шинами источника питания и земли в точке входа линии питания PCB.

Дополнительно, рекомендуется добавлять цепочку ферритовых ячеек между конденсатором и источником питания. Обратите внимание, что типичная микросхема микропроцессора может иметь несколько подводов источника питания. Например, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) требует опорных напряжений ( V RH и V RL ). Оба эти напряжения также должны быть развязаны от переходных процессов.