|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
无线电电子与电气工程百科全书 为什么有些微控制器比其他微控制器更可靠。 无线电电子电气工程百科全书
在文章中，作者考虑了开发人员在为满足高可靠性和安全性要求的应用选择微控制器时应注意的一些方面。 由于作者在分销公司“Eltech”LLC 的专业活动性质，他必须与许多国内电子制造商讨论设备开发问题。 在这些讨论中，事实证明，俄罗斯开发人员使用电子市场上所有制造商的微控制器来解决他们的问题。 对于一些制造商来说，所谓“商业”设计的微控制器非常合适。 但有些制造商选择电子元件的最重要标准之一是其可靠性。 首先，他们是医疗设备、电梯设备、汽车电子生产领域的专家。 实验 2006年，Svey公司的开发人员Mikhail Cherepanov应聘到我公司（Svey是俄罗斯工业电子制造商）。 以下是他的信的正文：“故事始于客户的抱怨，他们抱怨我们的数字转换器（基于 MSP430F148IPM 构建）定期“冻结”并且不响应请求，直到通过移除并重新施加电源电压来重置它们。 有人认为“挂起”是由于存在脉冲噪声（这在变电站中很常见）。 为了重现这种情况，我制作了一个噪声发生器（图 1）。
根据测试结果，我们的转换器进行了如下修改：
之后，崩溃不再发生。 随后，我们的产品顺利通过了EMC测试（适用于强制符合性声明的产品），依据：
就我自己而言，我确定了所用微控制器的最低要求： 1) 干扰发生器测试。
所以我们的客户寻求帮助 选择一个能够抵抗强电磁场的微控制器。 我们提出了 NEC 器件，因为我们知道这些微控制器广泛应用于电磁环境非常恶劣的汽车电子领域。 提交了多个评估套件。 然后客户说他想用火花发生器测试一下。 说实话，我们有点担心这些测试如何通过，但这样的情况与真实汽车发生高压线击穿时的情况非常一致。 在这种情况下，电子设备应继续正常工作。 这种测试方法相当粗糙，因为评估套件不是为此类测试而设计的。 我们知道这个实验存在一定的风险，也许我们的“评估者”在这样的测试之后甚至可能会失败。 但是，凭借对这些设备的足够经验并考虑到我们客户的体验，我们认为它们制作得当并且将按预期工作。 我们提供了两个评估套件：
火花放电是在评估套件附近进行的。 测试过程示意性地显示在图2中。 XNUMX.
即使火花距离接近 5 厘米，两种评估套件都可以完美工作。客户报告说，他已经用这种方式测试了 10 多个不同的评估套件。 我们要求他提供这些实验的结果。 此外，它们将“按原样”给出，不加任何评论。 一段时间后，客户又进行了一次可以说更加“野蛮”的实验。 然而，他的结果也很有趣。 他用手触摸了正在工作的石英振荡器的端子。 在这种情况下，所有列出的由外部发生器提供时钟的微控制器中，只有一个可以工作 - uPD70F3707 (NEC)。 然而，公平地说，应该指出的是，当触摸时，演示程序的执行速度明显减慢。 uPD70F3707微控制器出现这种“行为”的原因将在后面解释。 让我们尝试了解为什么 V850ES/HG2 系列（uPD70F3707 微控制器所属）如此“顽强”。 如果你仔细考虑一些外围节点，那么一切都会逐渐水到渠成。 看门狗定时器和时钟发生器 我们的客户面临的问题是由于以下事实引起的：当受到强电磁干扰时，可以生成晶体振荡器，并且由于MSP430F148微控制器中的看门狗定时器是由同一参考振荡器提供时钟的，所以当参考振荡器停止时，看门狗定时器无法再“唤醒”微控制器[1]。 为了防止出现这种情况，在所有 NEC 微控制器中，看门狗定时器均由单独的内部环形振荡器提供时钟。 环形发生器是连接成环形的奇数个反相器，以便一个反相器的输出进入下一个反相器的输入。 中断环形发生器的生成实际上是不可能的。 需要注意的是，在NEC V850系列的所有微控制器中，处理器内核都是从额外的内置环形振荡器启动的，只有在确保晶体振荡器已经启动后，才能将时钟切换到“石英”。 时钟监视器（时钟 显示器) 时钟监视器使用外部晶体振荡器监视时钟振荡器的生成。 如果生成失败，则生成内部复位信号RESCLM，并设置标志RESF.CLMRF[2]。 离开复位模式后，微控制器分析该标志并“了解”外部时钟发生器存在问题，然后从内部时钟发生器之一启动内核。 根据系列的不同，可能有 1 或 2 个振荡器，但它们的频率通常总是低于使用外部谐振器的振荡器的频率。 这就是为什么在用手指触摸后，uPD70F3707 微控制器继续工作，但已经“慢得多”，Sway 公司的 Mikhail Cherepanov 表示。 有趣的是，在某种程度上，该设备在其他微控制器中实现。 然而，如果要使用的时钟是在FLASH编程期间设置的并且不能通过软件改变，则不能实现上述替代内部振荡器启动场景。 除了 V850ES/Hx2 系列之外，该节点还具有专为电机控制应用（V850E/IA3、IA4、IF3、IG3；V850ES/IK1、IE2）、汽车仪表板（V850E/Dx3）、带 CAN 接口的车载电子设备（V850ES/Sx2、Sx2-H、Sx3、Fx2、Fx3、Fx3-L）而设计的系列)，以及 V850ES/Kx1+、Jx2、Jx3、Jx3-L、Hx2 和 Hx3。 应该注意的是，在其他一些微控制器（通常是 8 位和 16 位）中，NEC 工程师使用窗口看门狗定时器而不是时钟监视器。 它具有完全不同的工作原理，但是该外围设备可以用于与时钟监视器相同的目的，即它可以监视“外部”参考振荡器时钟的消失并允许微控制器切换到内部振荡器。 电源轨分离 前面提到的所有 32 位 NEC 微控制器以及许多 8 位微控制器都具有用于内部外设、处理器内核和 I/O 端口电路的独立电源轨。 上图。 图3和图4示意性地示出了这种分离。
通过对核心电源总线和 I/O 端口进行适当的去耦，I/O 端口上感应的噪声不会进入外设和核心电源电路，从而提高了电磁抗扰度 (EMS)。 例如，两个列表（表 1、表 2）都包含具有 AWP 内核的微控制器。 表 1. 评估套件在测试期间完美运行
表 2. 测试时测试程序失败的评估套件
ADUC7026BSTZ62 微控制器工作正常，没有出现故障，而采用 NXP (LPC2148) APM 内核的微控制器则进入“黑名单”。 如果我们检查内核、外围器件和I/O端口的电源电路，我们可以看到Analog Devices的微控制器也“经受住了”火花[3]，其电源结构与NEC的V850ES/Hx2类似。 即内核和I/O端口的解耦电源总线（图5、6）。
在创建 LPC2148FBD64 [4] 时，NXP 工程师仅限于模拟和数字电源电路的分离（图 7）。
甚至宣传用于汽车应用的微控制器，例如 AT90CAN32/64/128； ATmega164P/324P/644P 和 ATmega32M1/64M1/32C1/64C1 未提供 I/O 端口电源轨和内核电源轨的分离。 因此，由于关键应用中 I/O 电路产生的干扰而导致故障的可能性增加。 Mikhail 描述的开发中使用的 MSP430F148 微控制器也没有分离核心电源轨和 I/O 端口。 你还可以回忆起另一家非常受欢迎的芯片制造商——Microchip。 尚未对该制造商的微控制器进行研究，但是，如果从分离电源总线的角度来看它们，那么在某种意义上，PIC24FJ64GA/128GA/256GA 系列中实现了 I/O 端口和外围设备去耦的概念。 上图。 图8显示了VDDCORE内核和VDD I/O端口的电源电路是分开的。 然而，这两个电源电路的 VSS 公共线仍然没有电隔离。 根据初步估计，这些微控制器的抗噪能力将低于ADI的ADUC7026或NEC的V850。
扩频时钟发生器（SSCG) 还应注意使用扩频时钟发生器的可能性。 这种发生器具有调频振荡。 谐波振荡发生器频率响应特性的“峰值”，在频率调制的影响下，被“涂抹”，变成“架子”。 SSCG 信号的频率调制的深度和周期可以改变。 NEC 的 V850E / ME2、Dx3、V850ES / Hx3、Fx3、V850E2 / ME3 系列微控制器都配备了这样的发生器。 它的应用可以将发生器发出的电磁辐射 (EME) 减少 10 dB 以上，从而降低时钟发生器频率下对外部电磁干扰 (EMS) 的敏感性（图 9）。
PLL电路的应用 减少 EMS 的另一种方法是使用基于 PLL 的频率合成器。 上图。 图10示出了石英谐振器端子处感应的寄生高频信号在通过PLL的低通滤波器时被滤除。 上图。 图 11 显示的数据可让您评估使用 PLL 时微控制器的 EMS 改善了多少。
电源电压 可以看出，电源电压越高，微处理器电路的抗噪声能力越高。 电源电压越低，微控制器的“噪音”就越少，这也是事实。 因此，位于“黑名单”上的 NXP 的 LPC2129 [5] 和 Atmel 的 AT91SAM7S128 [6] 对内核电源总线和 I/O 端口电源总线进行了必要的解耦。 然而，内核电源电压 (1,8 V) 过低会对该微控制器的抗噪能力产生不利影响。 有时需要“链接”3 伏和5 伏逻辑。 在这种情况下，输入/输出端口对不同电平逻辑信号的容忍度，即微控制器在微控制器内核和外围器件的恒定供电电压下支持输入/输出端口的各种电压的能力[7]（图12）。
IC 制造商的支持可能包括 PCB 布线建议等资源、IC 制造商对与微控制器布线相关的 PCB 区域的分析以及其他组件以及改善电磁兼容性 (EMC) 的建议（图 13）、有关微控制器电磁辐射 (EME) 的材料 [8]（根据分销商的要求提供）。 上图。 图14显示了NEC实验室进行EMC研究的情况[8]。 它的特殊之处在于它应该位于高山上，远离电磁辐射源。
经销商支持包括提供样品和评估套件以进行测试、技术支持和其他服务。 在某些情况下，如上所示，分销商会冒风险来推动项目。 一般来说，与经销商进行更“密集”的合作总是有利于最终的开发商和制造商。 表 3 列出了一些建议在可靠性要求较高的应用中使用的 NEC 微控制器系列，以及一些可让您评估基于这些微控制器构建的设备的可靠性的特性。 表 3. 影响某些 NEC Electronics 微控制器系列可靠性的参数
结论 考虑了与为负责任的应用选择微控制器相关的主要方面。 根据本文中给出的相当“严格”的方法进行的测试允许读者解决为其应用选择微控制器的问题，同时考虑到正在开发的设备的可靠性要求，以及在开发期间和所有后续生产阶段收到的服务。 在其一项新开发中，Sway 公司使用了 NEC Electronics 制造的 8 位微控制器 UPD78F9212GR。 文学 1 focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f148.pdf
作者：Gennady Goryunov，gennady.gr@eltech.spb.ru； 出版：cxem.net
用于触摸仿真的人造革
15.04.2024 Petgugu全球猫砂
15.04.2024 体贴男人的魅力
14.04.2024
▪ 流体机器人材料 ▪ 新药代替日常用药
www.diagram.com.ua |
查看其他文章 部分 
科技、新电子最新动态：
本页所有语言