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第三讲:EMC的PCB设计技术

中心议题:PCB EMC设计的分层策略 PCB EMC设计的布局技巧 PCB EMC设计的布线规则

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除了元器件的选择和电路设计之外,良好的印制电路板(PCB)设计在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。PCB EMC设计的关键,是尽可能减小回流面积,让回流路径按照设计的方向流动。最常见返回电流问题来自于参考平面的裂缝、变换参考平面层、以及流经连接器的信号。跨接电容器或是去耦合电容器可能可以解决一些问题,但是必需要考虑到电容器、过孔、焊盘以及布线的总体阻抗。本讲将从PCB的分层策略、布局技巧和布线规则三个方面,介绍EMC的PCB设计技术。

PCB分层策略

电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键,优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。从信号走线来看,好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层,这些层紧挨著电源层或接地层。对於电源,好的分层策略应该是电源层与接地层相邻,且电源层与接地层的距离尽可能小,这就是我们所讲的“分层”策略。下面我们将具体谈谈优良的PCB分层策略。

1.布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内,在布线时将会有信号线在投影区域外,导致“边缘辐射”问题,并且还会导致信号回路面积地增大,导致差模辐射增大。

2.尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰,所以如果无法避免布线层相邻,应该适当拉大两布线层之间的层间距,缩小布线层与其信号回路之间的层间距。

3.相邻平面层应避免其投影平面重叠。因为投影重叠时,层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。

多层板设计:
时钟频率超过5MHz,或信号上升时间小于5ns时,为了使信号回路面积能够得到很好的控制,一般需要使用多层板设计。在设计多层板时应注意如下几点原则:

1.关键布线层(时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层)应与完整地平面相邻,优选两地平面之间,如图1所示。关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线,靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小,减小其辐射强度或提高抗干扰能力。


图1 关键布线层在两地平面之间

2.电源平面应相对于其相邻地平面内缩(建议值5H~20H)。电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题,如图2所示。


图2电源平面应相对于其相邻地平面内缩

此外,单板主工作电源平面(使用最广泛的电源平面)应与其地平面紧邻,以有效地减小电源电流的回路面积,如图3所示。


图3 电源平面应与其地平面紧邻
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开关电源PCB设计原则及走线技巧

中心议题: 开关电源印制板布线原则 开关电源印制板铜皮走线的一些事项 开关电源印制板大电流走线的处理 反激电源反射电压的一个确定因素

解决方案: 铝基板在开关电源中的应用 多层印制板在开关电源电路中的应用

一、引言

开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。

开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同,可分为两大类:正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。原边截止时,副边导通,能量释放到负载的工作状态,一般常规反激式电源单管多,双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激,包括单管正激,双管正 激。半桥、桥式电路都属于正激电路。

正激和反激电路各有其特点,在设计电路的过程中为达到最优性价比,可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路,中等功率可采用双管正激电路或半桥电路,低电压时采用推挽电路,与半桥工作状态相同。大功率输出,一般采用桥式电路,低压也可采用推挽电路。

反激式电源因其结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的,但也不能一概而论,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有文章介绍反激电源可做到上千瓦,但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。

反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数,由于反激电源需要变压器储存能量,要 使变压器铁芯得到充分利用,一般都要在磁路中开气隙,其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率,使变压器能够承受大的脉冲电流冲击,而不至于铁芯进入饱和非线形状 态,磁路中气隙处于高磁阻状态,在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。

脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接 近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。

输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解 电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口。

二、印制板布线的一些原则

印制板设计时,要考虑到干扰对系统的影响,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波电路,采用DC-DC隔离,信号采用光电隔离,设计隔离电源,分析容易产生干扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和容易被干扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分别采取措施。对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设计时,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。样电路的原理图设计参见

图1
图1 原理图
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高频电路在PCB设计过程中的对策及设计技巧

中心议题:高频电路在PCB设计过程中的对策及设计技巧

解决方案:高频电路的PCB布局设计技巧 高频电路的PCB布线设计技巧

随着现代电子工业的高速发展,数字、高频电路正向高速、低耗、小体积、高抗干扰性方向发展,这样就给PCB (印制电路板、印刷线路板)设计提出了更高的要求。而Protel 99SE 设计系统完全利用了Windows XP和Windows2000 平台的优势,其核心PCB 模块的超强设计环境使得设计工作能更有效地实现其设计要求。对于从事高频电路设计人员来说,已不再是简单的要求PCB 的布通率,而是要求设计人员在有扎实的理论知识及丰富的PCB 设计经验基础上,从电路的工作特点和实际工作环境等方面去考虑其设计,只有这样我们才能制作出理想的PCB 来。

本文针对高频电路在PCB设计过程中的布局、布线两个方面,以Protel 99SE软件为例,来探讨一下高频电路在PCB 设计过程中的对策及设计技巧。

一、高频PCB 布局

布局操作在整个PCB设计中是很重要的,布局是布线操作的基础,要达到完美的元器件布局,设计人员就需要从电路工作特点和走线的角度来思考元件的布局。

Protel 99SE 有自动布局的功能,具有集群式和统计式布局二种功能,但它并不能完全满足高频电路的工作要求,设计人员还需从PCB 的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰)、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑布局,只有这样才能有效地提高PCB的寿命、稳定性、EMC(电磁兼容),才能使得布局更加完美。

对于高频电路的布局,设计人员应首先考虑对那些与结构紧密配合并且位置固定的元器件(例如电源插座、指示灯、连接件和开关等)进行布局,之后对线路上的特殊元件进行布局(例如发热元件、变压器、芯片等),最后对一些小器件进行布局。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而尽可能降低信号线的交叉干扰。

1 、机械结构方面
电源插座、指示灯、连接件和开关等都属于此类元器件,都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB 之间的接口放到 PCB的边缘处 ,与 PCB 边缘要的距离一般不小于2mm;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近 PCB 边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。质量超过15g 的元器件应当用支架固定,又大又重的元件不宜直接安放到PCB 上。

2 、散热方面
大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在 PCB 边缘或通风处,竖放的板子,发热元件应放到板子上部,双面板的底层不得放置发热元件。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。

3、特殊元件的布局
由于电源设备内部会产生50Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。

放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在 PCB 的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。

电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。

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004 、电磁干扰
我们常用的消除电磁干扰的方法有减小环路、滤波、屏蔽、尽量降低高频器件的速度、增加PCB 的介电常数等方法。

如集成电路的去耦电容要尽量就近放置,一般工作频率在10MHz 以下的用0.1uF 的电容,10MHz 以上的用0.01uF 的电容。

某些元件或导线间有较高的电位差,应加大距离,以免放电。带高压元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。易互相干扰的元器件不能靠得太近,输入、输出元器件应尽可能远离,避免反馈干扰。高频元器件为减小分布参数,一般就近安放(不规则排列)一般电路(低频电路)应按规则排列,便于装焊。

二、高频PCB 布线

高频电路往往集成度较高、布线密度大,采用多层板既是布线所必须的也是降低干扰的有效手段,Protel 99SE 的PCB系统能提供32 个信号层、16 个机械层以及防焊层、锡膏层等70 多个工作层供用户选择。合理选择层数能大幅度降低PCB 尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽能更好地实现就近接地,能有效地降低寄生电感,能有效缩短信号的传输长度能大幅度地降低信号间的交叉干扰等等。 所有这些都对高频电路工作的可靠性有利,有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低 20dB,但是板层数越高,制造工艺越复杂,成本越高。

1 、布线一般原则
高频电路器件管脚间的导线越短越好,弯折越少越好,导线最好采用全直线,应尽量避免急剧的弯曲和尖角出现,需要转折,应用圆弧或折线过渡。这种要求在低频电路中仅仅用于提高钢箔的固着强度,而在高频电路中满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频电路布线中最好在相邻层分别取水平和竖直布线交替进行,同一层内的平行走线无法避免,但可以在PCB 反面大面积敷设地线来降低干扰,针对常用的双面板,多层板可利用中间的电源层来实现这一功能。

2 、电源线与地线布线
多级电路为防止局部电流产生地阻干扰,各级电路应分别一点接地(或尽量集中接地),高频电路在3 0 M H z 以上时,则采用大面积接地,这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地。易受干扰器件和线中可用地线包围,各类信号走线不能形成环路,地线也不能形成电流环路,电源线和地线应靠近,尽量减小围出的面积,以降低电磁干扰。一般在布线时,导线宽度在12-80mil 之间,电源线一般取20mil-40mil,地线一般取40mil 以上,在可能的情况下,导线尽量宽些。

模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流环节,在实际装配高频扼流环节时用的往往是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠,在电路原理图上对它一般不予表达,由此形成的网络表就不包含这类元件,布线时就会因此而忽略它的存在,针对此现实,可在原理图中把它当作电感,在PCB 元件库中单独为它定义一个元件封装,布线前把它手工移动到靠近公共地线汇合点的合适位置上。

3 、集成芯片的布线
每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容,由于 Protel 99SE 软件在自动放置元件时并不考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,任由软件放置,使两者相距太远,退耦效果不好,这时必须用手工移动元件的办法事先干预两者位置,使之靠近。

4 、敷铜
敷铜的主要目的是提高电路的抗干扰能力,同时对于 PCB 散热和 PCB 的强度有很大好处,敷铜接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面积条状铜箔,因为在 PCB的使用中时间太长时会产生较大热量,此时条状铜箔容易发生膨胀和脱落现象,因此,在敷铜时最好采用栅格状铜箔,并将此栅格与电路的接地网络连通,这样栅格将会有较好的屏蔽效果,栅格网的尺寸由所要重点屏蔽的干扰频率而定。

三、结束语

高频电路PCB的设计过程一个复杂的过程,除了以上探讨的设计对策,还包括信号串扰在内的信号完整性、如何抑制噪声等问题,因此需要设计者在设计的时候要有全面的规划与考虑,在设计周期的各个阶段采用不同的方法技术来确保设计的精准,从而设计出合理的,性能优良的高频PCB 来。

混合信号PCB设计中单点接地技术的研究

中心议题:

混合信号PCB设计中单点接地的原理 混合信号PCB设计中单点接地应用实例


随着计算机技术的不断提高,高性能的模拟输/输出系统越来越受到重视。无论在模拟输入系统还是在模拟输出系统中,都存在着数字信号与模拟信号共存的问题。尤其是对于一块混合信号的PCB(印刷电路板),模拟电路和数字电路交错混杂。同数字信号相比,模拟信号由于其噪声免疫能力差,容易受到数字部分的高频信号的影响,更容易遭受干扰。因此,在模拟信号和数字信号并存的混合信号系统中,如何对二者划分、处理,都要进行充分的考虑,才能提高模拟信号采集的精度。而其中对系统“地”的设计是一个很关键的问题。本文主要阐述了一种在PCB设计中比较特别的地平面铺设方式—单点接地。

1 单点接地原理

现在越来越多的多层PCB 被用到各种工程应用中,4层、8层、12层的PCB 已经很常见了,甚至根据特殊应用需求,更多层的PCB 也被应用在工程中。 相对来说,4层板应用的最为广泛。 使用多层印制板是为了得到更好的电磁兼容性。 使得印制板在正常工作时能满足所要求的电磁兼容和敏感度标准。 正确的堆叠有助于屏蔽和抑制EMI(电磁干扰)。 在4层的PCB 设计中, 硬件设计人员在分层时一般会使用如下的层划分方式:SIGNAL_TOP、GND、POWER、SIGNAL_BOTTOM。

SIGNAL_TOP为顶层的信号层,GND为地层,POWER为电源层,SIGNAL_BOTTOM为底层的信号层。

这是最常用的层划分方法,其中,对地层的处理通常的做法是给整个GND 层全部覆铜,一方面起到屏蔽作用,另一方面可以给高频数字信号一个完整的回流路径。

模拟信号和数字信号都需要回流到地,但是,随着数字电路工作速度的提高,信号边缘越来越陡峭,目前大多数工程设计中的数字系统的信号边缘都已达到了ps级别,从频域来看,这种信号有着非常丰富的高频分量, 其频谱范围甚至可以达到几十GHz。 正是由于数字信号变化速度快, 数字地上的浮动就比较大,从而造成数字地上引起的噪声就会很大。 而对于混合信号来说, 无论是数模转换还是模数转换’ 运算放大器还是ADC/DAC,模拟信号都是需要一个纯净的地作为参考平面来工作的。

如果模拟地和数字地混在一起,噪声就会影响到模拟信号。所以,在混合信号的PCB 设计中,要对数字地和模拟地进行划分。 以数据采集板卡为例,在精度和速度要求不是很高的情况下,可以只是简单的将地分割为数字地和模拟地,中间用瓷珠或者二极管连接,也可以直接一点短接,以减小数字地的波动对模拟地的影响。 但是在精度和速度都要求比较高的情况下,这种简单的分割所起的作用就微乎其微了。 这时就要进行更精细的分割了。 首先将整个地先分成纯数字地和模拟地,由于AD 芯片本身同时存在数字和模拟两部分电路, 所以要再把模拟地细分成模拟部分的数字地和模拟部分的模拟地。图1 就是一块14 位数据采集卡的地层分割示意图。 纯数字地和模拟地之间用DC-DC 配合光藕实现完全的隔离, 而模拟部分的数字地和模拟部分的模拟地在AD 芯片的下方一点连通(单AD 芯片)。


图1 数据采集卡地平面分割方法

在不考虑空间辐射的前提下, 我们来分析一下这种地平面分割方法。 数字部分本身对噪声的免疫能力比较强,而模拟部分则不同,由于模拟部分的放大器、ADC/DAC 的参考电压输入端都需要一个纯净的地平面做参考点, 而这部分的地恰恰又是最容易被“污染”的。 所以纯数字地和模拟部分的数字地在这里暂不考虑。 我们只考虑模拟部分的地平面铺设问题。

首先来看一下如图2 所示的一个典型数据采集卡的部分原理图,其中X、Y、Z分别为完成特定功能的电路(或者是芯片)。


图2 数据采集卡部分原理图
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几部分电路和供电电源的低端都标有等电势符号, 表明所有的接地符号都处于同一个电位。 在实际的PCB 设计中,我们在对电路进行布图布线时, 一般都会采用如图3所示的连接方法(用导线和通过地平面连接原理是一样的)。


图3 用导线连接的地线示意图

由于有完整的地平面,所以,在进行PCB 设计时通常是将SIGNAL_TOP或者SIGNAL_BOTTOM层中各器件的地都直接就近打在地层上,采用这种接地方法的目的就是要保证各接地点的对地阻抗尽量小。这样各部分电路的等电势端之间用导线(地层同样可以看作是导线的,只是电阻要小些)连接。

但是,当考虑导线(地平面)及过孔上的电阻时情况就不一样了。如图4所示。


图4 一般布线方法

考虑到各段之间的电阻,则在各部分电路作为参考点的接地端就有了变化,假设各段的电阻为3.2mΩ这个数值是根据18#导线的电阻值计得来,那么电路Z接地端就大约有个1mV的电压偏置,电路Y接地端的电压偏置达到了700μV。小功率(或许是小信号)电路X的地端的偏置大约是352μV。如果X是一个运算放大器,它的正输入端接到本身的接地点,则相加点对以供电电源的地平面做参考点信号源就会产生一个325mV 的偏置,同时由于放大电路的存在,整个误差会被再次放大。同样,如果Z是一ADC,则相当于在其外部参考电压输入管脚的地平面上加上了一个1mV的偏置。以14位数据采集系统为例,假设,其输入范围为+5V>-5V(即量程为10V),通过计算(计算公式为:量程/214)可知其LSB为0.61mV,即使是在没有任何其他损失的情况下,ADC(模数转换芯片)已经损失了一位半,接近两位。相当于只使用了一个12分辨率的ADC,整个系统的精度不可能再达到14位。所以说,在一个分辨率为14位或者更高位的数据采集系统中,这种,情况是绝对不允许的。改善这种状况的方法如图5所示。


图5单点接地电路

从每部分电路到供电电源的地平面参考点分开导线走线。通过这种方法,电路X相对于地只有0.32μV的偏置,偏置减少了90%,现在就可以忽略不计了,电路Y的偏置也减少了90%多,只有64μV。与图4相比,这种方法极大的减小了各个电路间由于电流的叠加作用产生的相互干扰。但Z的偏置仍然是1mV左右。为了进一步改善电路Z的偏置仍然比较大的问题,改善的方法有如下几种,例如,可以使用更粗的导线作为信号的返回线,或者X和Z的位置互换,使大功率电路Z更靠近电源的地。还有一种方法就是由于电路间的相互干扰已经消失,对于对地偏置确定的电路,我们可以采用补偿的方法对其进行校正。

电路5实际上已经达到了电路2的目的,即所有电路的低端都回到单一的公共“地”点,避免在导线上共同形成电压降。 每一条线都分开返回,地线电流不会混在一起。实际上,单一接地点可以是一块真正的金属块,在公共点提供最低可能的电阻。 如果供电电源的压降必须减小到最小,则电源“高”端导线也可按相似的方法接线。

公共线也可以是一条很粗的母线,只要线上的干扰满足低电平的要求。这样的母线对于数字电路也是合适的公共地线,最后数字公共“地”接到模拟的“地”以建立整个系统的公共“地”。

包含有多个电源和多个机箱的系统则需要考虑的更多一些。通常,不管电源是谁供给2所有的线汇到公共点2然后和系统得公共端接在一起,以便工作。如图5,使所有+5V的负载都回到+5V的公共端(低端), 所有+15V的负载都回到+15V的公共端(低端),最后用一条导线将公共端连在一起。在多电源系统中2可能需要进行判断性试验确定地线接法以达到最佳的解决方案。

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002 单点接地应用实例

以一块精度为万分之一的数模转换卡为例说明单点接地在实际工程中的应用方法。

在这块数模转换卡中,DA芯片使用的是BB公司的DAC7734,它是一款16位高速DAC,输出范围为-10V~+10V,数据采用串行输入,每片内有4路模拟输出,每路都有独立的基,准电压输入端。共使用两片DAC7734,对外共有8路模拟输出。

电压基准电路是使用National Semiconductor的LF442搭建的,可以进行微调,以保证输出的精度。

由于板卡上有两个DA芯片,所以在进行PCB设计时将每个DAC的周边电路的模拟地通过导线直接连接到DAC的模拟地上,然后在两个DAC中间通过一点与模拟部分的数字地连接。

根据以上研究的混合信号地平面分割以减小干扰的方法,得到如下实际布线图如图6所示。(图中只画出了一个DAC及其周围电路的地的连接情况)。

每个器件(包括其周围电容)的接地端分别用很粗的导线连接到AD或者是DA 的模拟地上,所有的地都在AD或者DA的下面与数字地一点连接。


图6 实际布线

最后的调试结果表明:在使用了单点接地的地平面处理方法后,精度得到了很好的控制,达到了万分之一,满足了设计要求,而且非常稳定。

3 结束语

随着工业现场对于A/D、D/A系统的需求越来越多,标准也越来越高,更高速度和精度的A/D、D/A系统的需求也在增大,而地平面的处理恰恰就是制约速度和精度不断提升的瓶颈。本文研究的混合信号地平面处理方法已在多个工程中得到应用,并取得了很好的效果。

资深工程师PCB设计经验总结
中心议题: PCB设计经验总结解决方案: 先对原理图进行设计 完成后使用仿真功能
作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫,但是原理设计再完美,如果电路板设计不合理性能将大打折扣,严重时甚至不能正常工作。根据我的经验,我总结出以下一些PCB设计中应该注意的地方,希望能对您有所启示。

不管用什么软件,PCB设计有个大致的程序,按顺序来会省时省力,因此我将按制作流程来介绍一下。(由于protel界面风格与windows视窗接近,操作习惯也相近,且有强大的仿真功能,使用的人比较多,将以此软件作说明。)

原理图设计是前期准备工作,经常见到初学者为了省事直接就去画PCB板了,这样将得不偿失,对简单的板子,如果熟练流程,不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来,这样一方面可以养成良好的习惯,另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。

在画原理图时,层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体,这同样对以后的工作有重要意义。由于,软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连(电气性能上)的情况。如果不用相关检测工具检测,万一出了问题,等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性,希望引起大家的注意。

原理图是根据设计的项目来的,只要电性连接正确没什么好说的。下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。

1.制作物理边框

封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台,也对自动布局起着约束作用,否则,从原理图过来的元件会不知所措的。但这里一定要注意精确,否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧,一方面可以避免尖角划伤工人,同时又可以减轻应力作用。以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳PCB板断裂的情况,改用圆弧后就好了。

2.元件和网络的引入

把元件和网络引人画好的边框中应该很简单,但是这里往往会出问题,一定要细心地按提示的错误逐个解决,不然后面要费更大的力气。这里的问题一般来说有以下一些:
元件的封装形式找不到,元件网络问题,有未使用的元件或管脚,对照提示这些问题可以很快搞定的。

3.元件的布局

元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响,是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则:

(1)放置顺序

先放置与结构有关的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类,这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定,使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件,如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。

(2)注意散热

元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路,应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置,便于热量散发,不要集中在一个地方,也不要高电容太近以免使电解液过早老化。

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104.布线

布线原则

走线的学问是非常高深的,每人都会有自己的体会,但还是有些通行的原则的。

◆高频数字电路走线细一些、短一些好
◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离(隔离距离与要承受的耐压有关,通常情况下在2KV时板上要距离2mm,在此之上以比例算还要加大,例如若要承受3KV的耐压测试,则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上,许多情况下为避免爬电,还在印制线路板上的高低压之间开槽。)
◆两面板布线时,两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线,避免相互平行,以减小寄生耦合;作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线。
◆走线拐角尽可能大于90度,杜绝90度以下的拐角,也尽量少用90度拐角
◆同是地址线或者数据线,走线长度差异不要太大,否则短线部分要人为走弯线作补偿
◆走线尽量走在焊接面,特别是通孔工艺的PCB
◆尽量少用过孔、跳线
◆单面板焊盘必须要大,焊盘相连的线一定要粗,能放泪滴就放泪滴,一般的单面板厂家质量不会很好,否则对焊接和RE-WORK都会有问题
◆大面积敷铜要用网格状的,以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲,但在特殊场合下要考虑GND的流向,大小,不能简单的用铜箔填充了事,而是需要去走线
◆元器件和走线不能太靠边放,一般的单面板多为纸质板,受力后容易断裂,如果在边缘连线或放元器件就会受到影响
◆必须考虑生产、调试、维修的方便性

对模拟电路来说处理地的问题是很重要的,地上产生的噪声往往不便预料,可是一旦产生将会带来极大的麻烦,应该未雨绸缎。对于功放电路,极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响;在高精度A/D转换电路中,如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂,影响放大器的工作。这时可以在板子的4角加退藕电容,一脚和板子上的地连,一脚连到安装孔上去(通过螺钉和机壳连),这样可将此分量虑去,放大器及AD也就稳定了。

另外,电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。一般来说电磁信号的来源有3个:信号源,辐射,传输线。晶振是常见的一种高频信号源,在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。可行的做法是控制信号的幅度,晶振外壳接地,对干扰信号进行屏蔽,采用特殊的滤波电路及器件等。

需要特别说明的是蛇形走线,因为应用场合不同其作用也是不同的,在电脑的主板中用在一些时钟信号上,如PCIClk、AGP-Clk,它的作用有两点:1、阻抗匹配 2、滤波电感。

对一些重要信号,如INTELHUB架构中的HUBLink,一共13根,频率可达233MHZ,要求必须严格等长,以消除时滞造成的隐患,这时,蛇形走线是唯一的解决办法。
一般来讲,蛇形走线的线距>=2倍的线宽;若在普通PCB板中,除了具有滤波电感的作用外,还可作为收音机天线的电感线圈等等。

5.调整完善

完成布线后,要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜(这项工作不宜太早,否则会影响速度,又给布线带来麻烦),同样是为了便于进行生产、调试、维修。
敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区,可以铺GND的铜箔,也可以铺VCC的铜箔(但这样一旦短路容易烧毁器件,最好接地,除非不得已用来加大电源的导通面积,以承受较大的电流才接VCC)。包地则通常指用两根地线(TRAC)包住一撮有特殊要求的信号线,防止它被别人干扰或干扰别人。
如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通,电流大小、流向与有无特殊要求,以确保减少不必要的失误。

6.检查核对网络

有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同,这时检察核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于交给制版厂家,应该先做核对,后再进行后续工作。

7.使用仿真功能

完成这些工作后,如果时间允许还可以进行软件仿真。特别是高频数字电路,这样可以提前发现一些问题,大大减少以后的调试工作量。
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数模混合电路的PCB设计

中心议题:

  • 数模混合电路干扰的产生机理
  • 数模混合电路PCB 设计的一般处理原则
  • 混合电路的PCB 设计实例


高速PCB 的设计中,数模混合电路的PCB设计中的干扰问题一直是一个难题。尤其模拟电路一般是信号的源头,能否正确接收和转换信号是PCB设计要考虑的重要因素。文章通过分析混合电路干扰产生的机理,结合设计实践,探讨了混合电路一般处理方法,并通过设计实例得到验证。

0 前言

印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。现在有许多PCB 不再是单一功能电路,而是由数字电路和模拟电路混合构成的。数据一般在模拟电路中采集和接收,而带宽、增益用软件实现控制则必须数字化,所以在一块板上经常同时存在数字电路和模拟电路,甚至共享相同的元件。考虑到它们之间的相互干扰问题以及对电路性能的影响,电路的布局和布线必须要有一定的原则。混合信号PCB 设计中对电源传输线的特殊要求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求,增加了设计时布局和布线的复杂度。在此,通过分析高密度混合信号PCB 的布局和布线设计,来达到要求的PCB 设计目标。

1 数模混合电路干扰的产生机理

模拟信号与数字信号相比,对噪声的敏感程度要大得多,因为模拟电路的工作依赖连续变化的电流和电压,任何微小的干扰都能影响它的正常工作,而数字电路的工作依赖在接收端根据预先定义的电压电平或门限对高电平或低电平的检测,具有一定的抗干扰能力。但在混合信号环境中,数字信号相对模拟信号而言是一种噪声源。数字电路工作时,稳定的有效电压只有高低电平两种电压。当数字逻辑输出由高电压变为低电压,该器件的接地管脚就会放电,产生开关电流,这就是电路的开关动作。数字电路的速度越快,其开关时间一般也要求越短,当大量的开关电路同时由逻辑高电平变为逻辑低电平时,由于地线通过电流的能力不够,大量的开关电流就会引起逻辑地电压发生波动,我们称为地弹。如图1 所示。数字电路造成的地弹噪声和电源扰动,如果耦合到模拟电路中,就会影响模拟电路的工作性能。由于相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大,所以在PCB 设计时对地和电源的设计就显得尤为重要。

2 数模混合电路PCB 设计的一般处理原则

上面讲了混合电路干扰的产生机理,那么如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?在设计之前必须了解电磁兼容(E M C )的两个基本原则:第一个原则是尽可能减小电流环路的面积,如果信号不能通过尽可能小的环路返回,就可能形成一个大的环状天线。第二个原则是系统只采用一个参考面,相反,如果系统存在两个参考面,就可能形成一个偶极天线。在设计中要尽可能避免这两种情况。

(1 )布局布线原则。元器件布局首先要考虑的一个因素就是将模拟电路部分与数字电路部分器件分开放置,模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线,而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下,数字信号返回电流不会流入到模拟信号的地。对于一些频率高有特殊要求的线最好手工布线,必要时走差分线或屏蔽线。有时由于输入/ 输出连接器位置的缘故,必须把数字和模拟电路的布线混合在一起,这样就很有可能造成模拟部分和数字部分电路的相互影响。这就要避免在邻近模拟电源层的地方走数字时钟线和高频模拟信号线,否则,电源信号的噪声将耦合到敏感的模拟信号之中。要设法实现低阻抗的电源和地网络,应尽量减小数字电路导线的感抗,尽量降低模拟电路的电容耦合。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的数字信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件。

(2 )电源和地的处理。在复杂混合电路板的设计中,接地线的布局和处理是改善电路性能的重要因素。有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开,以实现数字地和模拟地之间的隔离。但这种方法往往会跨越分割间隙布线,这样会引起电磁辐射和信号串扰急剧增加。

了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。如果必须对地线层进行分割,而且必须通过分割之间的间隙布线,可以先在被分割的地之间进行单点连接,形成两个地之间的连接桥,然后通过该连接桥布线,如图2 所示。

这样,在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径,或者采用光隔离器件、变压器等也能实现信号跨越分割间隙。但实际工作中PCB设计倾向于采用统一地,通过数字电路和模拟电路分区以及合适的信号布线,通常可以解决一些比较困难的布局布线问题,同时也不会产生因地分割带来一些潜在的麻烦。通过比较电路板测试结果,也会发现统一地的方案在功能和EMC 性能方面比分割地更优越。

在混合信号PCB 板上通常有独立的数字和模拟电源,应该采用分割电源面,最好紧邻地平面且在地平面下。电源平面可能向空间可附件的电路耦合射频电流,为了减小这种耦合效应,要求电源平面物理上都比其相邻的地平面小20H(H 指电源和地平面层的距离)。

(3 )对于混合器件的处理。通常的混合器件有晶振,高速A D 器件等,在器件内部同时有数字电路和模拟电路两部分。一般将AGND 和DGND 引脚在外部都要连接到同一低阻抗的模拟地平面,而且引线要求尽量短,任何DGND 额外的阻抗都会通过寄生电容将更多的数字噪声耦合到器件内部的模拟电路中。当然这样做会使得转换器内部的数字电流流入模拟接地平面,但这样要比把转换器件的DGND 脚接到噪声数字接地平面带来的干扰要小得多。同接地一样,模拟和数字电源引脚也应该连接到模拟电源平面,并且要尽可能靠近每个电源引脚连接适当的旁路电容。必要情况下应将模拟电源引脚与数字电源引脚用跨接电感的方式隔离。

(4 )添加去耦电容。去耦电容可以消除高频干扰,由于电容器的容抗与频率成反比,因此将电容并联在信号与地线之间就起到对高频噪声的旁路作用。原则上将每个集成芯片都加上一个0.01mF~ 0.1mF 的陶瓷片电容,不仅能使芯片存储能量,提供和吸收该芯片的电路开门和关门瞬间的充放电能,还能旁路过滤掉该器件的高频噪声成分。在电源输入端加上一个10mF~100mF 的电解电容(最好是钽电容),可以抑制电源的噪声干扰,当然加入的电容引线不能太长,因为电容的引线长度是一个十分重要的参数,引线越长,则感应电感越大,电容的谐振频率就越低,对高频噪声的频率过滤作用就会减弱,甚至消失,因此在高速PCB 板设计时,要特别注意使电容器的引线尽量短,也就是使得电容尽可能地靠近芯片。

(5 )大面积覆铜箔接模拟地。在模拟电路部分覆大面积铜箔并在空白区域钻密集的孔接到模拟地,这样可以起到屏蔽隔离作用,从而减少模拟信号之间的相互干扰,而且还可以起到散热作用。

如图3 所示。

(6 )电源线和地线要尽量短粗,尤其是跨接数字电源和模拟电源的磁珠上的线一定要加粗,因为除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。

3 混合电路的PCB 设计实例

图4 是一块设计好的有32 通道数字接收和转换的典型的数模混合电路的20 层电路板。最高频率是高速光纤信号达到2.5GHz.

此印制板布局上将模拟电路与数字电路分开,且每路通道之间也完全独立有一定间隔距离以保证每个通道模拟信号之间不会相互干扰。模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。

在电源和地的划分上,此印制板模拟信号都走在表面层,而且尽可能走的短、少钻孔。紧邻模拟信号的第二层和第十九层都是完整的统一的模拟地平面,这样保证模拟信号有最佳的回流路径和阻抗,也不会出现跨分割地出现E M I 问题。高速信号层紧邻地平面层,重要信号线走带状线,并且对于时钟、复位敏感信号线走第三层,在两地平面之间。数字电源和模拟电源都有独立的层面,都进行了分割,但每个电源层也都紧邻地平面层。

高速的A/D 混合器件在板上即器件外接的地引脚都接模拟地,电源引脚都接模拟电源,并且在电源引脚旁边都添加去耦电容来消除高频干扰,如图5 所示。跨接电源或地的磁珠电感上的线要加粗,最好多连几根信号线钻孔接到电源或地平面,这样可以减小了压降,降低了噪声,如图6 所示。

有时采用钻大的过孔接到平面也可以达到要求。

高频信号线经过严格控制线宽和线间距,使其达到阻抗要求,都采用手工布线,最后在模拟电路部分覆大面积铜箔空白区域钻密集的孔以接到模拟地。

此印制板上100M 的时钟信号线经过设计软件仿真分析,如图7 所示,信号传输基本没有受到干扰,达到电讯要求。生产的印制板经过调试显示,数字信号对模拟信号的干扰很小,参数指标良好。

4 结束语

混合电路PCB 设计是一个复杂的过程,元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能,设计时要遵循一定的布线规则,才能使设计的PCB 板达到设计要求。

蓝牙模块PCB设计注意事项

无论你是颖特新的客户还是同行,颖特新都将最宝贵的经验与你分享,以下是颖特新为你总结的蓝牙模块PCB设计注意事项,按照以下注意事项,可以减少后期的麻烦。

一、蓝牙模块使用说明

1、若应用方案需要高级音频,通话功能,FM 收音时,蓝牙模块接口都需按要求连接。

2、若应用方案只需要高级音频和通话功能,不需要FM 收音功能。蓝牙模块接口:IIC_CLK ,IIC_DAT ,FM_L,FM_R ,FM_ANT 不需要连接。

3、若应用方案只需要高级音频,无需通话和FM 收音功能,蓝牙接口:IIC_CLK ,IIC_DAT ,FM_L,FM_R ,FM_ANT ,以PCM 4 条信号线都不需要连接。

二、蓝牙模块布局要求

1、蓝牙模块尽量放置于板的边缘,且远离主控,功放,升压和其它IC。

2、蓝牙模块布局时,天线位置需在板的边缘。

3、若不考虑贴片的单面性,蓝牙模块可单独放于PCB 一面,减小干扰。

备注:蓝牙模块的布局参考附图1。

三、蓝牙模块走线要求

1、蓝牙天线处PCB 以下不要走任何信号线,也不要做铺地处理,铺地要求参考附图2和附图3。

2、蓝牙COB模块正下方,最好少走线,铺地多一点。

3、蓝牙BT_TX,BT_RX信号线走线时尽量短,且做包地处理。

4、蓝牙PCM信号线也应尽量短,且做包地处理。

5、供给蓝牙的32K_XO 信号线,最好做包地处理。

6、蓝牙模块的GND最好单点接地,单点接到电池GND。

7、FM 天线若需要走线到蓝牙模块的另外一边,需马上在模块引出点处过孔走PCB板另外一面。

8、蓝牙模块正下方PCB 板最好用丝印填充,做屏蔽处理,避免蓝牙模块背面测试点和下面走线过孔短路。

单片机系统的电磁兼容性设计技巧

单片机的电磁兼容设计技巧

本文中所提到的对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理,下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数

1、电压:电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

2、频率:高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3、接地:在所有EMC题目中,主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4、PCB设计:适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

5、电源往耦:当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt产生大范围的高频电流,激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二、对干扰措施的硬件处理方法

1、印刷线路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证实,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。例如,假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近,会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,应留意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。

2、输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:

①采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。

3、单片机复位电路的设计

在单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用,由于所有的干扰源不可能全部被隔离或往除,一旦进进CPU干扰程序的正常运行,那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复位系统有以下两种:①外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。然而,他们各有优缺点,大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号不能响应,而高频“喂狗”信号都能响应,使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作,这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话,那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。然而,我们自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。

②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统,这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了,但是,有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控作用。有一些单片机的片上复位指令就做的比较好,一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行,假如有一定错误则该“喂狗”操纵无效,这样就大大进步了复位电路的可靠性。

4、振荡器

大部分的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上,要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜伏的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

5、防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

三、对干扰措施的软件处理方法

电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下(比如在一些电磁环境比较恶劣的情况下)是无法完全消除的,终极将会进进CPU处理的的核心单元,这样在一些大规模集成电路经常会受到干扰,导致不能正常工作或在错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件,往往会在强干扰下发生翻转,使原来存储的“0”变为“1”,或者“1”变为“0”;一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变;更严重的会破坏一些重要的数据参数等;造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。

1、程序会由于电磁干扰大致会一下几种情况:

①程序跑飞。这种情况是最常见的干扰结果,一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可,对整个运行系统的不会产生太大的影响。

②死循环或不正常程序代码运行。当然这种死循环和不正常程序代码并非设计职员有意写进的,我们知道程序的指令是由字节组成的,有的是单字节指令而有的是多字节指令,当干扰产生后使得PC指针发生变化,从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可猜测的可执行的程序代码,那么,这种错误是致命的,它会有可能会往修改重要的数据参数,有可能产生不可猜测的控制输出等一系列错误状态。

2、对重要参数储存的措施

一般情况下,我们可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。根据检错、纠错的原理,主要思想是在数据写进时,根据写进的数据天生一定位数的校验码,与相应的数据一起保存起来;当读出时,同时也将校验码读出,进行判决。假如出现一位错误则自动纠正,将正确的数据送出,并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据;假如出现两位错误则产生中断报告,通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的,具有实时性和自动完成的特点。通过这样的设计,能大大进步系统的抗干扰能力,从而进步系统的可靠性。

检错与纠错原理:

首先来看看检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加进不同方式的冗余码,以便在信息读出的时候依靠多余的监视码或校码码来发现或自动纠正错误。针对误码发生的特点,即错误发生的随机性和小概任性,它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位(bit),因此,假如能够设计自动纠正一位错误,而检查两位错误的编码方式。就可以大大进步系统的可靠性。

3、对RAM和FLASH(ROM)的检测

在编制程序时我们最好是写进一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码,看有无发生错误,一旦发生要立即纠正,纠正不了的要及时给出错误指示,以便用户往处理。

最后,我们在编制程序时加进程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加进三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时,在程序的运行状态中要引进标志数据和检测状态,从而及时发现和纠正错误产生。