אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל מדוע מיקרו-בקרים מסוימים אמינים יותר מאחרים? אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מיקרו-בקרים במאמר, המחבר דן בכמה היבטים שמפתחים צריכים לשים לב אליהם בבחירת מיקרו-בקר עבור יישומים העומדים בדרישות אמינות ובטיחות גבוהות. בשל אופי פעילותו המקצועית בחברת ההפצה Eltech LLC, על המחבר לדון בבעיות של פיתוח מכשירים עם יצרני אלקטרוניקה מקומיים רבים. במהלך הדיונים הללו, מתברר שמפתחים רוסים משתמשים במיקרו-בקרים של כל היצרנים המיוצגים בשוק האלקטרוני כדי לפתור את הבעיות שלהם. עבור יצרנים מסוימים, מיקרו-בקרים של מה שנקרא "מסחרי" מתאימים למדי. אבל יש יצרנים שאחד הקריטריונים החשובים ביותר לבחירת רכיב אלקטרוני הוא האמינות שלו. קודם כל, מדובר במומחים העוסקים בייצור ציוד רפואי, ציוד מעליות ואלקטרוניקה לרכב. הניסוי בשנת 2006, מיכאיל צ'רפונוב, מפתח של חברת סווי (סווי היא יצרנית רוסית של אלקטרוניקה תעשייתית), יצר קשר עם החברה שלנו. הנה הטקסט של מכתבו: "הסיפור התחיל בעובדה שקיבלנו תלונות מלקוחות על כך שהממירים הדיגיטליים שלנו (הבנויים על ה-MSP430F148IPM) "קופאים" מעת לעת ואינם מגיבים לבקשות עד שהן מופעלות מחדש על ידי הסרה וחידוש- חיבור מתח אספקה. היו הצעות שה"הקפאה" מתרחשת עקב נוכחות של רעש פועם (זו תופעה שכיחה בתחנות חשמל). כדי לשחזר את המצב, הכנתי משבש (איור 1).
כתוצאה מבדיקה, הממירים שלנו שונו באופן הבא:
לאחר מכן, ההתרסקויות לא קרו יותר. מאוחר יותר, המוצרים שלנו עברו בהצלחה בדיקות EMC (עבור מוצרים הכפופים להצהרת התאמה חובה) עבור:
לעצמי, קבעתי את הדרישות המינימליות עבור המיקרו-בקר המשמש: 1) בדיקת מחולל הפרעות.
אז הלקוח שלנו ביקש עזרה בחר מיקרו-בקר עמיד בפני שדות אלקטרומגנטיים חזקים. הצענו התקני NEC מתוך ידיעה שמיקרו-בקרים אלה נמצאים בשימוש נרחב באלקטרוניקה לרכב, שם הסביבה האלקטרומגנטית מורכבת מאוד. הוצגו מספר ערכות הערכה. ואז הלקוח אמר שהוא רוצה לבדוק אותם עם מחולל ניצוצות. למען האמת, דאגנו מעט כיצד יעברו הבדיקות הללו, אבל התנאים הללו די עולים בקנה אחד עם מצבי רכב אמיתיים כאשר מתרחשת התמוטטות של חוט מתח גבוה. יחד עם זאת, האלקטרוניקה צריכה להמשיך לעבוד כמו שצריך. שיטת בדיקה זו הייתה גסה למדי, מכיוון שערכות הערכה אינן מיועדות לבדיקות כאלה. הבנו שיש סיכון ידוע בניסוי הזה, ואולי "המעריכים" שלנו יכולים אפילו להיכשל לאחר מבחן כזה. אבל, לאחר ניסיון מספיק עם מכשירים אלה ובהתחשב בניסיון של הלקוחות שלנו, החלטנו שהם מיוצרים כראוי ויעבדו כמצופה. סיפקנו שתי ערכות הערכה:
פריקת הניצוץ בוצעה בסמיכות לערכות ההערכה. תהליך הבדיקה מוצג באופן סכמטי באיור. 2.
שתי ערכות ההערכה פעלו ללא תקלות, גם כאשר הניצוץ הגיע למרחק של כ-5 ס"מ. הלקוח דיווח כי בדק יותר מ-10 ערכות הערכה שונות בצורה זו. ביקשנו ממנו לספק את תוצאות הניסויים הללו. להלן הם יוצגו ללא הערות, "כמות שהם". לאחר זמן מה, ערך הלקוח ניסוי נוסף, אפשר לומר, "ברברי" יותר. עם זאת, התוצאות שלו גם מעניינות. הוא נגע בקצהו של מתנד קוורץ עובד בידו. בתנאים כאלה, מבין כל המיקרו-בקרים הרשומים שהושמעו מגנרטור חיצוני, רק אחד עבד - uPD70F3707 (NEC). עם זאת, למען ההגינות, יש לציין שכאשר נוגעים בו, תוכנית ההדגמה האטה באופן ניכר את מהירות הביצוע שלה. הסיבה ל"התנהגות" זו של המיקרו-בקר uPD70F3707 תוסבר להלן. בואו ננסה להבין מדוע משפחת V850ES/HG2 (לה שייך המיקרו-בקר uPD70F3707) התבררה כל כך "עקשנית". אם אתה בוחן בקפידה כמה צמתים היקפיים, אז הכל בהדרגה נופל למקומו. שעון כלב טיימר ומחוללי שעון הבעיות בהן נתקל הלקוח נגרמו מהעובדה שכאשר הוא נחשף להפרעות אלקטרומגנטיות חזקות, יצירת מתנד הגביש עלול להשתבש, ומכיוון שבמיקרו-בקר MSP430F148 הטיימר Watchdog מופעל מאותו מתנד ייחוס, אז כאשר הפניה המתנד נעצר, טיימר הכלב לא יכול עוד "להעיר" את המיקרו-בקר [1]. כדי למנוע מצב זה, כל המיקרו-בקרים של NEC מפעילים את הטיימר של כלב השמירה מתנד טבעת פנימי נפרד. מחולל טבעות הוא מספר אי-זוגי של ממירים המחוברים בטבעת כך שהפלט של מהפך אחד עובר לכניסה של המהפך הבא. שיבוש היצירה של מתנד טבעת הוא כמעט בלתי אפשרי. יש לציין שבכל המיקרו-בקרים ממשפחת V850 מבית NEC, ליבת המעבד מושקת מתנד טבעת מובנה נוסף, ורק לאחר ווידוא שמתנד הקריסטל התחיל, ניתן להעביר את השעון ל"קוורץ". . צג שעון (שעון צג) צג השעון עוקב אחר נוכחות תנודה מתנד השעון באמצעות גביש חיצוני. אם היצירה נעלמת, נוצר אות איפוס פנימי RESCLM והדגל RESF.CLMRF מוגדר [2]. לאחר יציאה ממצב איפוס, המיקרו-בקר מנתח את הדגל הזה ו"מבין" שיש בעיות עם מחולל השעון החיצוני, ולאחר מכן הליבה מתחילה מאחד ממחוללי השעון הפנימיים. תלוי במשפחה, עשויים להיות 1 או 2 מתנדים, אך התדירות שלהם, ככלל, תמיד נמוכה מהתדירות של מתנד באמצעות מהוד חיצוני. לכן, לאחר שנגע בו באצבע, המיקרו-בקר uPD70F3707 המשיך לעבוד, אבל הרבה יותר "איטי", כפי שקבע מיכאיל צ'רפונוב מחברת Svey. מעניין, במידה זו או אחרת, המכשיר הזה מיושם גם במיקרו-בקרים אחרים. עם זאת, אם מחולל השעון שבו נעשה שימוש מצוין במהלך תכנות FLASH ולא ניתן לשנותו בתוכנה, אזי לא ניתן ליישם את תרחיש הפעלת השעון הפנימי החלופי שתואר לעיל. בנוסף למשפחת V850ES/Hx2, למכלול זה יש גם משפחות שתוכננו במיוחד עבור יישומי בקרת מנוע (V850E/IA3, IA4, IF3, IG3; V850ES/IK1, IE2), עבור לוחות מכשירים לרכב (V850E/Dx3), עבור לוח אלקטרוניקה עם ממשק CAN (V850ES/Sx2, Sx2-H, Sx3, Fx2, Fx3, Fx3-L), כמו גם V850ES/Kx1+, Jx2, Jx3, Jx3-L, Hx2 ו-Hx3. יש לציין שבכמה מיקרו-בקרים אחרים (בדרך כלל 8 ו-16 סיביות), מהנדסי NEC משתמשים בטיימר כלב שמירה עם חלונות במקום בצג שעון. יש לו עיקרון הפעלה שונה לחלוטין, עם זאת, ציוד היקפי זה יכול לשמש לאותה מטרה כמו צג שעון, כלומר, הוא יכול לנטר את העובדה שפולסי השעון של מתנד הייחוס ה"חיצוני" נעלמו ולאפשר למיקרו-בקר לעבור למתנד הפנימי. הפרדת אפיקי חשמל לכל המיקרו-בקרים של 32 סיביות NEC שהוזכרו קודם לכן, ולרבים מאלו של 8 סיביות, יש מסילות חשמל נפרדות עבור ציוד היקפי פנימי, ליבת המעבד ומעגלי יציאת ה-I/O. באיור. 3, 4 מציג באופן סכמטי חלוקה כזו.
על ידי ניתוק נכון של אפיק הכוח הליבה מיציאות ה-I/O, הרעש המושרה על יציאות ה-I/O נשמר ממעגלי הכוח ההיקפיים והליבתיים ומשפר חסינות אלקטרומגנטית (EMS). לדוגמה, שתי הרשימות (טבלאות 1, 2) כללו מיקרו-בקרים עם ליבת מקום עבודה אוטומטית. טבלה 1. ערכות הערכה עבדו ללא כשלים במהלך הבדיקה
טבלה 2. חבילות הערכה שהיו בהן כשלים בתוכנית הבדיקה במהלך הבדיקה.
המיקרו-בקרים ADUC7026BSTZ62 עבדו ללא תקלות, בעוד שמיקרו-בקרים עם ליבת APM מ-NXP (LPC2148) נכללו ב"רשימה השחורה". אם נבחן את מעגלי אספקת החשמל של הליבה, התקנים היקפיים ויציאות I/O, נוכל לציין שלמיקרו-בקר מ- Analog Devices, גם "עמיד" בפני ניצוצות [3], יש מבנה כוח דומה ל-V850ES/Hx2 מבית NEC . כלומר, אפיקי כוח מנותקים של יציאות הליבה ו-I/O (איור 5, 6).
בעת יצירת ה-LPC2148FBD64 [4], מהנדסי NXP הגבילו את עצמם רק להפריד בין מעגלי חשמל אנלוגיים ודיגיטליים (איור 7).
אפילו במיקרו-בקרים שהוכרזו כמיועדים ליישומי רכב, כגון AT90CAN32/64/128; ATmega164P/324P/644P ו-ATmega32M1/64M1/32C1/64C1, לא מסופקת הפרדה בין יציאת יציאת I/O ואוטובוסי חשמל ליבה. כתוצאה מכך, הפוטנציאל לכשל עקב רעש המושרה לאורך מעגלי ה-I/O ביישומים קריטיים עולה. גם למיקרו-בקר MSP430F148, ששימש בפיתוח המתואר על ידי מיכאיל, אין הפרדה בין אפיקי הכוח הליבה ויציאות I/O. אתה יכול גם להיזכר בעוד יצרן שבבים פופולרי מאוד - Microchip. מחקר עם מיקרו-בקרים מיצרן זה לא בוצע, עם זאת, אם אתה מסתכל עליהם מנקודת המבט של הפרדת אפיקי כוח, אז במובן מסוים הרעיון של ניתוק יציאות I/O והתקנים היקפיים מיושם ב-PIC24FJ64GA משפחת /128GA/256GA. באיור. 8 מראה שמעגלי אספקת החשמל של ליבת VDDCORE ויציאות ה-VDD I/O מופרדים. עם זאת, חוט ה-VSS המשותף נשאר מבודד גלווני עבור שני מעגלי החשמל הללו. על פי הערכות ראשוניות, חסינות הרעש של המיקרו-בקרים הללו תהיה נמוכה מזו של ADUC7026 של ADI או V850 של NEC.
שעון טווח רחב (SSCG) יש לשים לב גם לאפשרות להשתמש במחולל שעון פרוס. לגנרטור כזה יש תנודות מאופנות תדר. "שיא" תגובת התדר, המאפיין מחולל תנודות הרמוניות, "נמרח" בהשפעת אפנון תדר והופך ל"מדף". ניתן לשנות את עומק ותקופת אפנון התדר של אות מחולל SSCG. מיקרו-בקרים של משפחות V850E/ME2, Dx3, V850ES/Hx3, Fx3, V850E2/ME3 מבית NEC מצוידים בגנרטור כזה. השימוש בו מאפשר להפחית את הפליטה האלקטרומגנטית (EME) הנפלטת מהגנרטור ביותר מ-10 dB, וכתוצאה מכך, להפחית את הרגישות להפרעות אלקטרומגנטיות חיצוניות (EMS) בתדרים של מחולל השעון (איור 9).
יישום של מעגל PLL דרך נוספת להפחית EMS היא להשתמש בסינתיסייזר תדרים המבוסס על PLL. באיור. 10 מראה שאותות מזויפים בתדר גבוה המושרים במסופים של מהוד הקוורץ מסוננים כאשר הם עוברים דרך מסנן המעבר הנמוך של לולאת ה-PLL. באיור. איור 11 מספק נתונים להערכת עד כמה ה-EMS של המיקרו-בקר משתפר בעת שימוש ב-PLL.
מתח אספקה ניתן להראות שככל שמתח האספקה גבוה יותר, כך חסינות הרעש של מעגל המיקרו-מעבד גבוהה יותר. זה גם נכון שככל שמתח האספקה נמוך יותר, המיקרו-בקר יעשה פחות רעש. לפיכך, ל-LPC2129 [5] מ-NXP ו-AT91SAM7S128 [6] מ-Atmel, שנכללו ב"רשימה השחורה", יש את הניתוק הדרוש בין אפיק הכוח הליבה לבין אפיקי הכוח של יציאות ה-I/O. עם זאת, מתח אספקת ליבה נמוך מדי (1,8 וולט) משפיע לרעה על חסינות הרעש של מיקרו-בקר זה. לפעמים יש צורך "לקשר" לוגיקה של 3 ו-5 וולט. במקרה זה, הסובלנות של יציאות I/O לרמות שונות של אותות לוגיים יכולה להיות שימושית מאוד, כלומר, היכולת של המיקרו-בקר לתמוך במתחים שונים של יציאות I/O תוך שמירה על מתח אספקה קבוע לליבה של המיקרו-בקר ו התקנים היקפיים [7] (איור 12).
תמיכת יצרן השבבים עשויה לכלול משאבים כגון המלצות לניתוב PCB, ניתוח של יצרן השבבים של אזור ה-PCB הקשור לניתוב מיקרו-בקר ורכיבים נוספים עם הצעות לשיפור התאימות האלקטרומגנטית (EMC) (איור 13), חומרים על קרינה אלקטרומגנטית (EME) של מיקרו-בקרים. [8] (זמין לפי בקשה מהמפיץ). באיור. איור 14 מציג את מעבדת NEC לביצוע מחקר על EMC [8]. הייחודיות שלו היא שהוא צריך להיות ממוקם גבוה בהרים, רחוק ממקורות של קרינה אלקטרומגנטית.
תמיכת מפיצים כוללת מתן דוגמאות וערכות בדיקה להערכה, תמיכה טכנית ושירותים אחרים. במקרים מסוימים, כפי שמוצג לעיל, המפיץ לוקח סיכונים כדי להוציא את הפרויקט לדרך. עבודה קרובה יותר עם המפיץ, ככלל, תמיד מועילה למפתח וליצרן הסופי. טבלה 3 מציגה נתונים על כמה משפחות של מיקרו-בקרים של NEC המומלצים לשימוש ביישומים עם דרישות אמינות מוגברות, וכמה מאפיינים המאפשרים לך להעריך עד כמה אמין יכול להיות התקן הבנוי על מיקרו-בקרים אלה. טבלה 3. פרמטרים המשפיעים על המהימנות של כמה משפחות של מיקרו-בקרים של NEC Electronics
מסקנה נשקול ההיבטים העיקריים הקשורים לבחירת מיקרו-בקרים ליישומים קריטיים. בדיקות המתבצעות תוך שימוש במתודולוגיה "חמורה" למדי הניתנת במאמר מאפשרות לקורא לפתור את בעיית בחירת המיקרו-בקר ליישום שלהם, תוך התחשבות בדרישות האמינות של המכשיר המפותח, כמו גם בשירות שקיבל הן במהלך הפיתוח ובכל שלבי הייצור הבאים. באחד הפיתוחים החדשים שלה, חברת Sway השתמשה במיקרו-בקר 8 סיביות UPD78F9212GR המיוצר על ידי NEC Electronics. ספרות 1 focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f148.pdf
מחבר: Gennady Goryunov, gennady.gr@eltech.spb.ru; פרסום: cxem.net ראה מאמרים אחרים סעיף מיקרו-בקרים. תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה. חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה: התמצקות של חומרים בתפזורת
30.04.2024 ממריץ מוח מושתל
30.04.2024 תפיסת הזמן תלויה במה מסתכלים
29.04.2024
עוד חדשות מעניינות: ▪ ההשפעה של דיבור רובוט על האמון של אנשים בו ▪ שימוש בתלבושות סרטים לחקר מחלות ▪ רגל רובוטית לומדת ללכת בעצמה ▪ המוח של מוזיקאים מסתגל למוזיקה שונה עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה
חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית: ▪ קטע אתר מילים מכונפות, יחידות ביטוי. בחירת מאמרים ▪ מאמר הגנה מפני השפעות אנרגיה. יסודות חיים בטוחים ▪ מאמר ממתי משתמשים במטפחות? תשובה מפורטת ▪ מאמר עיוות תרמי במגברי HiFi. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר דפוס כפור על זכוכית. ניסיון כימי כל השפות של דף זה בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר www.diagram.com.ua |