如何降低微控制器系統中的噪聲影響（2）

在本系列的前一篇文章中，我們研究了理想化的數字世界與我們必須設計的現實(shí)世界之間的差異，并研究了我們需要管理的各種類(lèi)型的噪聲。本篇我們將看看我們可能遇到的一些典型的噪聲源。這些來(lái)源既可以是我們系統的外部，也可以是內部的。

外部噪聲源通常是系統可靠運行的最大威脅之一，我們必須在環(huán)境中管理許多噪聲源。這些可能包括電源的開(kāi)關(guān)噪聲；工業(yè)機械、電機等產(chǎn)生的火花引起的噪聲；繼電器、變壓器、蜂鳴器、熒光燈等的感應噪聲；靜電放電，通常來(lái)自用戶(hù)身體，但也來(lái)自其他地方；當然還有閃電。

圖1

內部噪聲可能來(lái)自多種來(lái)源。PCB上的電流環(huán)路可能是輻射噪聲的重要來(lái)源。如下圖所示，如果電流在由MCU及其I/O信號形成的閉環(huán)中流動(dòng)，則該電流環(huán)路可以像天線(xiàn)一樣工作，并且可以輻射出顯著(zhù)的噪聲，尤其是在電流很大的情況下。

圖2

如果您的接地層設計不當，PCB不同部分的接地之間存在電壓差，則電流可以在這些接地點(diǎn)之間流動(dòng)；這就像天線(xiàn)一樣，噪聲也可以輻射。輻射噪聲的其他內部來(lái)源還可能包括設計不良的振蕩器電路。我們始終建議您與振蕩器制造商討論使用合適的振蕩器，以確保它在您的系統中具有穩定的性能，并遵循推薦的電路參數和接地設計。這一點(diǎn)尤其重要，因為設計不良的振蕩器不僅會(huì )將噪聲注入電路的許多部分，尤其是接地，而且設計不當的振蕩器電路也容易導致芯片故障。

圖3

另一個(gè)可能產(chǎn)生內部噪聲的常見(jiàn)區域是I/O系統，尤其是在外部總線(xiàn)上使用多個(gè)高速設備時(shí)。設計不良的I/O系統如果不注意避免過(guò)沖或下沖，可能會(huì )導致設備超出其電氣規格，這可能會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移損壞芯片，導致故障，并增加系統的功耗并將噪聲輻射到系統的其余部分。

雖然現在的微控制器（例如RA和RX微控制器系列中的器件）具有避免閂鎖的電路設計，但盡量避免發(fā)生這種情況仍然是很好的做法。噪聲會(huì )影響典型微控制器的任何引腳。并且，微控制器系統引腳對噪聲又特別敏感，因為這些引腳通?？刂菩酒幕静僮?，而此處由噪聲引起的故障可能導致芯片故障。因此，應該特別注意確保使噪聲干擾系統引腳正常工作的可能性降至最低。

圖4

典型微控制器上的系統引腳可以包括復位引腳、電源引腳、振蕩器引腳以及模式或特殊功能引腳。為了盡量減少噪聲干擾這些引腳的機會(huì )，我們應該特別小心，確保電源引腳具有穩定的電壓電平和所需的濾波，并且接地層中沒(méi)有任何電流環(huán)路；我們應該確保振蕩器盡可能靠近芯片放置，布局遵循供應商的建議；并且保護好復位引腳不受快速瞬態(tài)信號的影響。

在本系列的下一篇文章中，我們將介紹一些可用于最小化和保護基于微控制器的系統免受噪聲影響的設計技術(shù)。

作者：Graeme Clark，Jackie Chen