單片機(jī)設(shè)計(jì)要注意的事項(xiàng)總結(jié)

時(shí)間：2013-02-25 16:35:16

關(guān)鍵字：單片機(jī)設(shè)計(jì) MIDDOT 去耦電容印制電路板

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[導(dǎo)讀]單片機(jī)的設(shè)計(jì)要注意的事項(xiàng)1.降低外時(shí)鐘頻率外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾,以8051單片機(jī)為例最短指令周期1μs時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)的設(shè)計(jì)要注意的事項(xiàng)

1.降低外時(shí)鐘頻率

外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾,以8051單片機(jī)為例

最短指令周期1μs時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘只需4MHz微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時(shí)鐘頻率的3倍

2.低噪聲系列單片機(jī)

改進(jìn)的技術(shù)將電源、地安排在兩個(gè)相鄰的引腳上,外部去耦電容在PCB設(shè)計(jì)上更容易安排

3.時(shí)鐘監(jiān)測(cè)電路、看門(mén)狗技術(shù)與低電壓復(fù)位

時(shí)鐘監(jiān)控有效與省電指令STOP是一對(duì)矛盾。只能使用其中之一。看門(mén)狗技術(shù)是監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序中的一段定時(shí)中斷低電壓復(fù)位技術(shù)是監(jiān)測(cè)單片機(jī)電源電壓，當(dāng)電壓低于某一值時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。由于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)本身對(duì)電源電壓范圍的要求越來(lái)越寬。電源電壓從當(dāng)初的5V降至3.3V并繼續(xù)下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低電壓復(fù)位功能時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下

4. EFT技術(shù)

毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘信號(hào)。交替使用施密特電路和RC濾波可以使這類(lèi)毛刺不起作用，這就是EFT技術(shù)

5.軟件方面的措施

單片機(jī)本身在指令設(shè)計(jì)上也有一些抗干擾的考慮

以上提到的是當(dāng)前廣泛使用的單片機(jī)應(yīng)該具有的內(nèi)部抗干擾措施。在選用單片機(jī)時(shí)，要檢查一下這些性能是否都有，以求設(shè)計(jì)出可靠性高的系統(tǒng)。這里要提醒的是最后對(duì)不用的ROM要做處理。原則是萬(wàn)一程序落到這里可以自恢復(fù)。

用于單片機(jī)系統(tǒng)的干擾抑制元件

1.去耦電容

每個(gè)集成電路的電源、地之間應(yīng)配置一個(gè)去耦電容, 吸收或提供該集成電路內(nèi)部三極管導(dǎo)通、截止引起的電流變化(di/dt)，從而降低系統(tǒng)噪聲, 要選高頻特性好的獨(dú)石電容或瓷片電容作去耦電容。每塊印制電路板電源引入的地方要安放一只大容量的儲(chǔ)能電容。鉭電容則比電解電容效果更好,使用時(shí)要與去耦電容成對(duì)使用

2.抑制高頻的電感

用粗漆包線穿入軸向有幾個(gè)孔的鐵氧體芯，就構(gòu)成了高頻扼制器件。將其串入電源線或地線中可阻止高頻信號(hào)從電源/地線引入。這種元件特別適用于隔開(kāi)一塊印制電路板上的模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、以及大功率驅(qū)動(dòng)區(qū)的供電。應(yīng)該注意的是它必須放在該區(qū)儲(chǔ)能電容與電源之間而不能放在儲(chǔ)能電容與用電器件之間

3.自恢復(fù)保險(xiǎn)絲

這是用一種新型高分子聚合材料制成的器件，當(dāng)電流低于其額定值時(shí)，它的直流電阻只有零點(diǎn)幾歐。而電流大到一定程度，它的阻值迅速升高，引起發(fā)熱，而越熱電阻越大，從而阻斷電源電流。當(dāng)溫度降下來(lái)以后能自動(dòng)恢復(fù)正常。這種器件可防止CMOS器件在遇到強(qiáng)沖擊型干擾時(shí)引起所謂“可控硅觸發(fā)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象指集成電路硅片的基體變得導(dǎo)通，從而引起電流增大，導(dǎo)致CMOS集成電路發(fā)熱乃至燒毀。

4.防雷擊器件

室外使用的單片機(jī)系統(tǒng)或電源線、信號(hào)線從室外架空引入室內(nèi)的，要考慮系統(tǒng)的防雷擊問(wèn)題

氣體放電管TVS, 這類(lèi)元器件要和抗共模和抗差模干擾的電感配合使用以提高抗干擾效果。

提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段

1.接地

這里的接地指接大地，也稱(chēng)作保護(hù)地。為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線，對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有益。特別是對(duì)有防雷擊要求的系統(tǒng)，良好的接地至關(guān)重要為單片機(jī)供電的電源的地俗稱(chēng)邏輯地，它們和大地的地的關(guān)系可以相通、浮空、或接一電阻，要視應(yīng)用場(chǎng)合而定。不能把地線隨便接在暖氣管子上。絕對(duì)不能把接地線與動(dòng)力線的火線、零線中的零線混淆

2.隔離與屏蔽

典型的信號(hào)隔離是光電隔離。屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的，對(duì)噪聲特別大的部件，如開(kāi)關(guān)電源，用金屬盒罩起來(lái)。對(duì)特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來(lái)。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地

3.濾波

濾波器的配置指標(biāo)是插入損耗。插入損耗過(guò)低起不到抑制噪聲的作用，而過(guò)高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致“漏電”，

印制電路板的布線與工藝

印制電路板的設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)能否抗干擾非常重要。要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收這三大原則設(shè)計(jì)印制電路板和布線。當(dāng)你設(shè)計(jì)單片機(jī)用印制電路板時(shí)，不仿對(duì)照下面的條條檢查一下。

·印制電路板要合理區(qū)分，單片機(jī)系統(tǒng)通常可分三區(qū)，即模擬電路區(qū)(怕干擾)，數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)，功率驅(qū)動(dòng)區(qū)(干擾源)。

·印刷板按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地原則送電。三個(gè)區(qū)域的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。

·時(shí)鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來(lái)。讓周?chē)妶?chǎng)趨近于零。

·I/O驅(qū)動(dòng)器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

·能用低速的就不用高速的,高速器件只用在關(guān)鍵的地方。

·使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件。

·石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。

·使用450的折線布線，不要使用900折線,以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。

·單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號(hào)線的過(guò)孔要盡量少。

·4 層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)盡量用多層板。

·關(guān)鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護(hù)地。將敏感信號(hào)和噪聲場(chǎng)帶信號(hào)通過(guò)一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號(hào)-地線-信號(hào)-地線......的方式引出。

·石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應(yīng)該走其它信號(hào)線。