毕业设计（论文）--单片机的电磁兼容性设计

《毕业设计（论文）--单片机的电磁兼容性设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件附件：C译文指导教师评定成绩(五级制)：指导教师签字：附件C：译文单片机的电磁兼容性设计1背景知识该应用笔记讨论了如何设计一个考虑电磁兼容性的MCU应用系统。现在几乎每一个消费电子、汽车、工业应用都有一个MCU在内,且在多数情况下都是采用廉价、单芯片的MCU。单片机是这些应用系统的理想选择，由于它具有灵活性和集成性。典型的单片机具有CPU、RAM、ROM和IO口，并且可以具有如模数转换模块、LCD驱动、基于电视应用的屏幕显示、基于电话的DTMF发生器、交流电机驱动电路、EEPROM等定制的功

2、能模块。由于单片机功能增加且变得越来越复杂。随着市场价格的下降，MCU生产商必须不断地减少他们的制造成本。减小片上晶体管和门的大小可以实现这一点，而且还可以帮助生产出能够工作在更高频率上的MCU。当一个晶体管减小，其状态转换时间将会减少。根据傅里叶分析，信号的边沿快速变化会产生谐波信号，这些信号被放大会引起辐射问题。同样的，如果器件具有很快的转换时间，它们会对到来的更快的信号产生作用。高频噪声尖峰和错误信号，将会引起门状态的转变。大多数现代MCU工作的速度在2MHz到40MHz范围内，内部的器件具有从几纳秒到低于一纳秒不等的转

3、换速度，这使它们具有潜在的EMC问题。2EMC——电磁兼容性许多电子线路相互靠近，保证它们不会被外部噪声源影响，并且这些电路本身不会成为噪声源而影响到其他电路是必要的。这种关系被称之为电磁兼容性。EMC问题可以分为辐射问题和感受问题。辐射问题和感受问题都会具有传导性质或辐射性质。例如，图1所示是一个办公室复印机发射射频信号到外界环境的案例。这种射频信号引起了监视器的显示故障，是一个辐射EMC问题。类似的，复印机辐射噪声到电力电源线上，反过来传导到电脑监视器电力电源线上，从而以传导方式引起了故障。由于设计不合理和较强的射频噪声辐

4、射，监视器可以被视为复印机电磁干扰的受害者。可以认为监视器的设计存在缺陷C14重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件附件：C译文，并且不能处理存在于电子办公设备中的背景环境噪声。图1电磁兼容性案例3辨别一个EMC问题在早期或全面生产产品的时候发现一个EMC问题具有很高的价值，这可能导致PCB板的重新设计。因此，在设计的初期就应该考虑产品EMC。然而，无论在什么阶段发现了EMC问题，要问的第一个问题是:“这个EMC问题是辐射问题还是感受问题？”理所当然，接下来应该问：“是MCU辐射出噪声对其他电路造成影响还是外部产生的噪声引起了M

5、CU的异常举动？”3.1辐射问题来自于数字信号源的辐射通常是由高频时钟产生的高频谐波。这些辐射一般由电源和数字信号回路的开关电流以及主电源转换为数字电源时的开关电流的辐射引起。这些开关电流循环流动就像小天线，并辐射出差模磁场。此外，任何电阻的和电感的路径会导致电路中电压下降，这将使电路中的某些部分处在一个相对于地的共模电位上。如果一个辐射问题存在于一个单片机应用中，那么PCB设计最有可能是问题的主要原因，因为硅片上的环路面积数量级要比在PCB上的小得多。辐射可能来自电源，因为数字芯片中的所有电流都从这里通过。端口引脚被设计得具

6、有更高的驱动能力，因此尺寸通常偏大，这使得电容增大以确保数字信号的转变比内部门电路的转变要慢些。因为端口引脚通常是由软件控制的，他们的转变要比MCU内部电路的转变慢一些。这就意味着端口引脚通常不存在辐射问题。唯一的例外是当端口引脚驱动大电流的情况，这里的磁场C14重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件附件：C译文强度正比于开关电流，也正比于回路天线面积。解决问题的方法是减小电流或者减小回路面积。在大多数情况，改变的是环路面积。MCU最快的外部基准频率是晶振电路频率。如果使用晶振电路，那么这个信号通常近似于正弦波。因为晶振电路很小

7、，且信号近似正弦波，高次谐波衰减很大，因此不会影响其他电路。如果时钟来源于外部，要注意信号的路径尽可能的靠近地线平面以最大限度减小环路。对带有外部存储设备甚至微处理器的MCU，辐射的问题可能更加严重。举例来说，在这时主要的噪声源是使外部存储器工作的时钟，它的转换很快，布线没有经过思考而且具有很长的地环路。这使得时钟信号就像是一个很强的环形天线，它辐射时钟信号和高次谐波。低位地址和数据线没有正确放置同样会引发一些问题，但是减小电流环路会有明显的帮助。3.2感受问题大多数MCU采用CMOS技术设计且按门闩和触发器原理工作从而构成

8、更加复杂的功能。因为它们的同步特性，一个坏的时钟电平很容易造成故障。任何CMOS器件都具有一个噪声容限，如果超过该容限将会导致故障。故障通常有这四类型：1.MCU暂时出现障碍，然后自行恢复。2.MCU发生故障，然后中断或者复位以恢复正常。3.MCU发生故障断电，然后通过上电进