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如何降低微控制器系统中的噪声影响(2)


【导读】在本系列的前一篇文章中,我们研究了理想化的数字世界与我们必须设计的现实世界之间的差异,并研究了我们需要管理的各种类型的噪声。本篇我们将看看我们可能遇到的一些典型的噪声源。这些来源既可以是我们系统的外部,也可以是内部的。


外部噪声源通常是系统可靠运行的最大威胁之一,我们必须在环境中管理许多噪声源。这些可能包括电源的开关噪声;工业机械、电机等产生的火花引起的噪声;继电器、变压器、蜂鸣器、荧光灯等的感应噪声;静电放电,通常来自用户身体,但也来自其他地方;当然还有闪电。


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图1


内部噪声可能来自多种来源。PCB上的电流环路可能是辐射噪声的重要来源。如下图所示,如果电流在由MCU及其I/O信号形成的闭环中流动,则该电流环路可以像天线一样工作,并且可以辐射出显著的噪声,尤其是在电流很大的情况下。


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图2


如果您的接地层设计不当,PCB不同部分的接地之间存在电压差,则电流可以在这些接地点之间流动;这就像天线一样,噪声也可以辐射。辐射噪声的其他内部来源还可能包括设计不良的振荡器电路。我们始终建议您与振荡器制造商讨论使用合适的振荡器,以确保它在您的系统中具有稳定的性能,并遵循推荐的电路参数和接地设计。这一点尤其重要,因为设计不良的振荡器不仅会将噪声注入电路的许多部分,尤其是接地,而且设计不当的振荡器电路也容易导致芯片故障。


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图3


另一个可能产生内部噪声的常见区域是I/O系统,尤其是在外部总线上使用多个高速设备时。设计不良的I/O系统如果不注意避免过冲或下冲,可能会导致设备超出其电气规格,这可能会随着时间的推移损坏芯片,导致故障,并增加系统的功耗并将噪声辐射到系统的其余部分。


虽然现在的微控制器(例如RA和RX微控制器系列中的器件)具有避免闩锁的电路设计,但尽量避免发生这种情况仍然是很好的做法。噪声会影响典型微控制器的任何引脚。并且,微控制器系统引脚对噪声又特别敏感,因为这些引脚通常控制芯片的基本操作,而此处由噪声引起的故障可能导致芯片故障。因此,应该特别注意确保使噪声干扰系统引脚正常工作的可能性降至最低。


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图4


典型微控制器上的系统引脚可以包括复位引脚、电源引脚、振荡器引脚以及模式或特殊功能引脚。为了尽量减少噪声干扰这些引脚的机会,我们应该特别小心,确保电源引脚具有稳定的电压电平和所需的滤波,并且接地层中没有任何电流环路;我们应该确保振荡器尽可能靠近芯片放置,布局遵循供应商的建议;并且保护好复位引脚不受快速瞬态信号的影响。


在本系列的下一篇文章中,我们将介绍一些可用于最小化和保护基于微控制器的系统免受噪声影响的设计技术。


作者:Graeme Clark,Jackie Chen



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