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提高單片機(jī)系統(tǒng)可靠性方法探討
（作者未知） 2011/6/23
摘 要:闡述在單片機(jī)選型、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及制造工藝等方面應(yīng)注意的問(wèn)題,以實(shí)現(xiàn)高可靠性的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),討論了提高系統(tǒng)可靠性的措施,并提出了提高系統(tǒng)可靠性的綜合設(shè)計(jì)方法。使系統(tǒng)的可靠性得到了充分的保障。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);可靠性;抗干擾
Abstract:This paper elaborated should pay attention question, in aspects and so on monolithic integrated circuit shaping, monolithic integrated circuit system design as well as fabrication technology, realizes the monolithic integrated circuit application system, and proposed the integrated design method.
Key words:monolithic integrated circuit; reliability; antijamming
1 電源干擾及其抑制
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是極為重要的。在影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的諸多因素中,電源干擾可謂首屈一指。據(jù)統(tǒng)計(jì),計(jì)算機(jī)應(yīng)用的運(yùn)行故障有90%以上是由電源噪聲引起的。
1.1 交流電源干擾及其抑制
多數(shù)情況下,單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)都使用交流220 V、50 Hz的電源供電。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),生產(chǎn)負(fù)荷的經(jīng)常變化,大型用電設(shè)備的啟動(dòng)與停止,往往要造成電源電壓的波動(dòng),有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖,這種高能尖峰脈沖的幅度約在50 000 V~4 000 V之間,持續(xù)時(shí)間為幾個(gè)毫秒。它對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)影響最大,能使系統(tǒng)的程序“跑飛”或使系統(tǒng)造成“死機(jī)”。因此,一方面要使系統(tǒng)盡量遠(yuǎn)離這些干擾源,另一方面要采用電源濾波器。這種濾波器是按頻譜均衡原理設(shè)計(jì)的一種無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)。為了提高系統(tǒng)供電的可靠性,還要采用交流穩(wěn)壓器,防止電源的過(guò)壓和欠壓。采用1∶1隔離變壓器,防止干擾通過(guò)初次級(jí)間的電容效應(yīng)進(jìn)入單片機(jī)供電系統(tǒng)。
1.2 直流電源抗干擾措施
1.2.1 采用高質(zhì)量集成穩(wěn)壓電路單獨(dú)供電
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中往往需要幾種不同電壓等級(jí)的直流電源。這時(shí),可以采用相應(yīng)的低紋波高質(zhì)量集成穩(wěn)壓電路。每個(gè)穩(wěn)壓電路單獨(dú)對(duì)電壓過(guò)載進(jìn)行保護(hù),因此不會(huì)因某個(gè)電路出現(xiàn)故障使整個(gè)系統(tǒng)遭到破壞,而且也減少了公共阻抗的互相偶合,從而使供電系統(tǒng)的可靠性大大提高。
1.2.2 采用直流開(kāi)關(guān)電源
直流開(kāi)關(guān)電源是一種脈寬調(diào)制型電源。它甩掉了傳統(tǒng)的工頻變壓器,具有體積小、重量輕、效率高、電網(wǎng)電壓范圍寬、變化時(shí)不易輸出過(guò)電壓和欠電壓的特點(diǎn),在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。這種電源一般都有幾個(gè)獨(dú)立的電壓輸出,如±5 V、±12 V、±24 V等,電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍可達(dá)220 V的+10%至-20%,同時(shí),直流開(kāi)關(guān)電源還具有較好的初、次級(jí)隔離作用。
1.2.3 采用DC-DC變換器
如果系統(tǒng)供電電網(wǎng)波動(dòng)較大,或者精度要求高,可以采用DC-DC變換器。DC-DC變換器的特點(diǎn)是輸入電壓范圍大、輸出電壓穩(wěn)定且可調(diào)整、效率高、體積小,有多種封裝形式。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
2 地線干擾及其抑制
在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,接地是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。接地問(wèn)題處理的正確與否,將直接影響系統(tǒng)的正常工作。
2.1 一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的應(yīng)用
在低頻電路中,布線和元件間的寄生電感影響不大,因而常采用一點(diǎn)接地,以減少地線造成的地環(huán)路。在高頻電路中,布線和元件間的寄生電感及分布電容將造成各接地線間的偶合,影響比較突出,此時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)接地。
通常頻率小于1 MHz時(shí),采用一點(diǎn)接地;頻率高于10 MHz時(shí),采用多點(diǎn)接地;頻率處于1 MHz~10 MHz之間時(shí),若采用一點(diǎn)接地,其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1/20。否則,應(yīng)采用多點(diǎn)接地。
2.2 數(shù)字地與模擬地的連接原則
數(shù)字地是指TTL或CMOS芯片、I/O接口電路芯片、CPU芯片等數(shù)字邏輯電路的接地端,以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地。模擬地是指放大器、取樣保持器和A/D、D/A中模擬信號(hào)的接地端。在單片機(jī)系統(tǒng)中,數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地。即使是一個(gè)芯片上有兩種地也要分別接地,然后在一點(diǎn)處把兩種地連接起來(lái),否則,數(shù)字回路通過(guò)模擬電路的地線再返回到數(shù)字電源,將會(huì)對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生影響。
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