设计于MCU 抗干扰性能影响

1、韩国现代半导体技术有限公司2016.01.19Confidential1)常规规考核的EMC性能参数参数1.1常规考核的EMC性能参数: ESD: 防静电等级参数EFT: 群脉冲干扰等级参数CS: 注入电流测试耐压测试EMI: 电磁辐射ABOVABOV MCU MCU 标标定的定的EMCEMC性能性能参数参数(6432S(6432S为为例例): ): ESD: 4000V(HBM)300V(MM)1200V(CD 4000V(HBM)300V(MM)1200V(CDM)M)EFT: 4000V(基于DEMO板测试)CS: -耐压测试EMI: -1.2关于EMC性能认识的一个误区: 1.2.1因

2、为MCU芯片是整个电气系统中最容易表现工作异常的部分,因此很多情况下,都把EMC性能直接与MCU对应起来,认为MCU芯片的EMC性能直接决定整机的EMC性能.正确的理解是整机的EMC干扰处理得好,施加到MCU芯片的干扰就弱很多,MCU就工作稳定,整机的EMC性能就好.MCU的EMC性能固然是整机EMC性能一个很关键的部件,但整机的EMC性能需要综合考量结构,硬件,软件甚至环境多个方面的因素,因此完善设计对于整机EMC性能有很大影响. 1.2.2 EMC性能除与MCU EMC性能相关外还与:ESD:与外壳材料,引线长度,接线端子位置,PCB layout设计,生产工艺,季节有很大关系EFT: 与

3、整机电源设计,PCB layout设计,软件防护有很大关系CS: 与PCB板接线端子长度,PCB设计,软件设计,耐压测试:结构件的电气强度,测试点的位置EMS我们常说的芯片抗干扰性实际指的是芯片的EMS性能.文档的资料也主要说明设计于芯片EMS性能的影响Confidential1)常规规考核的EMC性能参数参数1.3 MCU芯片的EMC设计要求 1.3.1MCU芯片对整机EMC有着很关键的影响,因此符合满足MCU芯片EMC设计要求就很重要,因为每个厂家的MCU内部电路,结构工艺设计都不相同,因此没有完全统一的MCU芯片EMC设计要求,每个厂家都会自己的EMC设计细节 1.3.2 ABOV MC

4、U 芯片的部分EMC电路设计要求Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响42.1硬件设计可分为两个部分:a)硬件电路设计必要的EMC抗干扰电路b)PCB layout设计关键器件的摆放位置,回路走线设计2.2必要的EMC硬件电路设计:2.2.1MCU 芯片电源滤波电路设计a)常规的电源滤波电路b)一款吸尘器产品的电源滤波电路必要时可以考虑多容值滤波,LC滤波和”型滤波回路不同的应用场合中,有时需要考虑各类干扰,左图的滤波电路很有必要Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响52.2.2 MCU 芯片I/O端口的抗干扰设计a)输入端口:-按键,AD,过零等应用-

5、对抗外部的ESD,EFT干扰-常见的为RC阻容滤波回路b)输出端口:-可控硅,继电器等大功率负载(电机)-负载断开的反冲电流,类似于浪涌冲击-RC阻容滤波回路,R:3304.7KC:102104R:3304.7KC:102104Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响62.2.3 接线端子的MCU端口处理a)多板设计时,各PCB板的通信,驱动接口,除上述措施外,视具体情况添加ESD防护电路和必要的软件处理Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响72.3 PCB layout 设计2.3.1电源滤波回路a)104电容Confidential2)硬件设计对设计对

6、EMC的影响响8a)47uF滤波电容Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响92.3.2 I/O端口抗干扰器件位置的放置必须在同一个PCB上面尽可能贴近MCU端口放置MMC CU UMCUMCUConfidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响102.3.3 回路的走线设计a)电源回路的走线设计设计要求:-MCU的VCC和GND回路单独走线,且到达芯片VCC,GND端口不要再有其它分支(尤其是GND线的设计)SMPSSMPSConfidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响11b)传感器端口的走线设计设计要求:-各传感器输入的地线走线尽量和MCU同一分支,尤其

7、是在相距离MCU较远的布线设计不要与干扰强的分支电路共地,主要造成的影响:-干扰比较大,检测精度不高-容易造成对检测端口的损坏Confidential2)硬件设计对设计对EMC的影响响12c)强、弱电部分的走线设计要求:-强、弱电部分走线尽量分开，不要相互串扰，尤其避免长距离的并行走线-避免强电走线穿过芯片Confidential3)结构设计对结构设计对EMC的影响响133.1结构设计可分为两个部分:a)强弱电连接线的布线设计-强电负载线，弱电传感器布线分开缠绕b)空间内结构件的合理分布-强电（电机类）结构件和弱电（控制板）保持一定距离3.2 强弱电连接线集束走线造成传导干扰传感器导入EMI干

8、扰,引起芯片工作异常:不良现象:AC负载频繁动作时,芯片复位不良原因:传导线和AC强电相互缠绕,并行捆绑走线,导入干扰到PCB,由于PCB走线设计的不合理,干扰无法泄放,全部导入芯片解决措施:如右图所示,将传感器5V走线和芯片的5V走线分开回主电源Confidential3)结构设计对结构设计对EMC的影响响143.3空间内结构的合理分布-强电（电机类）结构件和弱电（控制板）保持一定距离PCBPCB压缩机motor此类干扰均为辐射干扰，现实中也能很好的模拟出来，测试过很好的PCB layout设计和电路设计，如果将强干扰线直接贴近芯片本体，不良很快可以重现在CS测试时可以明显的测试到当AC电源线越靠近负载,CS测试结果越差芯片芯片Confidential4)软软件设计对设计对EMC的影响响154.1软件设计于EMC性能改善,主要指以下两个方面:a)配合硬件优化软件设计,避免EMC问题出现b)软件对抗无法避免的EMC问题4.2 常用的软件预防处理方法:a)闲置端口的处理,需要软件配置成输出,默认一般为输入b)输入端口打开内置的硬件debounce(消抖)功能c)时钟切换时给予硬件足够的稳定延时处理-用于初始化配置和休眠唤醒d)I/O端口读操作尽量避