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  • 如何让LED驱动具备高可靠性,你知道吗?

    如何让LED驱动具备高可靠性,你知道吗?

    你知道如何让LED驱动具备高可靠性吗?要普及LED灯具不但需要大幅度降低成本,还需要解决技术性的问题。如何解决能效和可靠性这些难题,PowerIntegrations市场营销副总裁DougBailey分享了高效高可靠LED驱动设计的心得。 一、不要使用双极型功率器件 DougBailey指出由于双极型功率器件比MOSFET便宜,一般是2美分左右一个,所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件,这样会严重影响电路的可靠性,因为随着LED驱动电路板温度的提升,双极型器件的有效工作范围会迅速缩小,这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性,正确的做法是要选用MOSFET器件,MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。 二、尽量不要使用电解电容 LED驱动电路中到底要不要使用电解电容?目前有支持者也有反对者,支持者认为如果可以将电路板温度控制好,依次达成延长电解电容寿命的目的。 例如选用105度寿命为8000小时的高温电解电容,根据通行的电解电容寿命估算公式“温度每降低10度,寿命增加一倍”,那么它在95度环境下工作寿命为16000小时,在85度环境下工作寿命为32000小时,在75度环境下工作寿命为64000小时,假如实际工作温度更低,那么寿命会更长!由此看来,只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什么影响的! 还有的支持者认为由无电解电容带来的高纹波电流而导致的低频闪烁会对某些人眼造成生理上的不适,幅度大的低频纹波也会导致一些数码像机设备出现差频闪烁的亮暗栅格。所以,高品质光源灯具还是需要电解电容的。不过反对者则认为电解电容会自然老化,另外,LED灯具的温度极难控制,所以电解电容的寿命必然会减少,从而影响LED灯具的寿命。 对此,DougBailey认为,在LED驱动电路输入部分可以考虑不用电解电容,实际上使用PI的LinkSwitch-PH就可以省去电解电容,PI的单级PFC/恒流设计可以让设计师省去大容量电容,在输出电路中,可以用高耐压陶瓷电容来代替电解电容从而提升可靠性。 “有的人在设计两级电路的时候,在输出采用了一个400V的电解电容,这会严重影响电路的可靠性,建议采用单级电路用陶瓷电容就可以了。”他强调。“对于不太关注调光功能、高温环境及需要高可靠性的工业应用来说,我强烈建议不采用电解电容进行设计。” 三、MOSFET的耐压不低于700V 耐压600V的MOSFET比较便宜,很多认为LED灯具的输入电压一般是220V,所以耐压600V足够了,但是很多时候电路电压会到340V,在有浪涌的时候,600V的MOSFET很容易被击穿,从而影响了LED灯具的寿命,实际上选用600VMOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价,所以,“不要选用600V耐压的MOSFET,最好选用耐压超过700V的MOSFET。”他强调。 四、尽量使用单级架构电路 Doug表示有些LED电路采用了两级架构,即“PFC(功率因数校正)+隔离DC/DC变换器”的架构,这样的设计会降低电路的效率。例如,如果PFC的效率是95%,而DC/DC部分的效率是88%,则整个电路的效率会降低到83.6%! “PI的LinkSwitch-PH器件同时将PFC/CC控制器、一个725VMOSFET和MOSFET驱动器集成到单个封装中,将驱动电路的效率提升到87%!”Doug指出,“这样的器件可大大简化电路板布局设计,最多能省去传统隔离反激式设计中所用的25个元件!省去的元件包括高压大容量电解电容和光耦器。”Doug表示LED两级架构适用于必须使用第二个恒流驱动电路才能使PFC驱动LED恒流的旧式驱动器。这些设计已经过时,不再具有成本效益,因此在大多数情况下都最好采用单级设计。 五、尽量使用MOSFET器件 如果设计的LED灯具功率不高,那么建议可以使用集成了MOSFET的LED驱动器产品,因为这样做的好处是集成MOSFET的导通电阻少,产生的热量要比分立的少,另外,就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起,一般都有过热关断功能,在MOSFET过热时会自动关断电路达到保护LED灯具的目的,这对LED灯具非常重要,因为LED灯具一般很小巧且难以进行空气散热。以上就是如何让LED驱动具备高可靠性的方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-31 关键词: LED 驱动 高可靠性

  • 新型高可靠性、高分辨率位置传感器解析

    新型高可靠性、高分辨率位置传感器解析

    什么是位置传感器,它的作用有哪些?日前,Vishay Intertechnology, Inc. (NYSE股市代号:VSH) 宣布,推出新型高精度位置传感器,性能比现有绝对式编码器更加可靠,分辨率和精度优于传统霍尔效应传感器---RAMK060,适用于工业机器人和其他条件严苛的应用。 新型RAMK060绝对式旋转磁性套件编码器采用先进的无接触技术,精度大于13位,分辨率达19位,重复精度大于16位,耐受外部磁场、湿度、大气污染、振动、机械冲击和温度变化。器件可用电气角度为360°,可在−40 °C至+85 °C温度范围内工作,可根据客户需求提供温度范围更宽的产品。 RAMK060采用转子+定子的套件设计,以及离轴设计(用于空心轴组装),6.5 mm超薄尺寸和轻巧重量(< 55 g),使其非常适用于空间小,但又需要高精度检测角度位置的应用。RAMK060外径60 mm,内径25 mm。提供多种多圈型号,多圈型号带有用于系统断电时连接备用电源的连接器。输出信号格式包括SPI、SSI或Biss-C。 Vishay的专利设计特别适合要求精确且重复运动的应用,例如工业机器人和协作机器人的手臂关节,自导车辆方向盘,以及印刷、纺织制造和铣削加工机床。 RAMK060主要优点: ·自校准以补偿机械偏心 ·内置自我监控 ·断电前记忆最后绝对位置 这种技术架构可提供具有安全保证的最佳性能。以上就是Vishay推出的新型高可靠性、高分辨率位置传感器适用于机器人及其他精密工业,希望能给大家帮助。

    时间:2020-03-31 关键词: 高分辨率 新型 高可靠性

  • LED照明光源高演色性与高可靠性

    LED照明光源高演色性与高可靠性

    随着科学技术的发展,LED技术也在不断发展,为我们的生活带来各种便利,为我们提供各种各样生活信息,造福着我们人类。随着蓝光和白光发光二极管(LED)在1990年大举迈向实用化阶段后,无论是利用LED所进行的全彩显示,或是在近年来社会大众对节能议题所展现的高度重视下,LED所普及到的智能手机、个人电脑(PC)、电视背光、照明、白色家电产品或交通号志等多样化的产品应用领域愈来愈广。 为满足市场需求,业界针对各种产品系列,包括能够实现高演色性与高可靠性的照明用LED、以PICOLED为代表产品的小型薄型LED,以及车用客制化色彩LED等倾注了相当的研发资源。 01、照明用白光LED产值急速成长 受到世界节能趋势以及日本东北大地震所引发的节能意识高涨,日本市场对于照明用白光LED的需求量大增,促使LED照明市场产值正不断急遽成长,然而,若要让照明光源完全从传统的白炽灯泡照明方式转换为LED照明,在产品特性上仍有些亟待解决的问题存在。其中,业界研发重点尤以LED灯的高演色性与高可靠性为主,以下将分别就业者针对高Ra值与发光效率的技术做分享。 02、兼顾高Ra值与发光效率 平均演色性评价指数(Ra)就是光源使物体表现或重现真实颜色的一种指数,指数愈高,代表颜色重现性愈佳(太阳光的Ra为100),市场上期盼照明用白光LED能够兼具高发光效率与高演色性(Ra≧80),但发光效率与Ra值两者之间却存在着效益权衡(Trade-off)特性。由于市场上对于发光效率有更高的要求,因此目前市场上多为Ra≒70的高发光效率LED。 一般白光LED灯的封装结构是将蓝光LED晶片安装在基板上,再以含有萤光体的树脂进行封装。在LED元件的发光色(蓝色)与萤光体的发光色(黄色、红色或绿色等)混合后,便会形成白光。 从发光效率的观点上来看,一般大多以蓝光+黄光来形成白光,但这样会造成红光的重现性不佳,因此不适合照明用途。一般所采用的解决方法就是增加红光的成分,藉此改善红光的重现性,但如此会有导致发光效率不理想的问题。 为兼顾高发光效率与高Ra值,业者将萤光体有效率地配置于封装内部,以两全其美的技术做为解决对策,成功地研发出Ra≧80且发光效率极高的产品。该系列产品无论在Ra或R9(红色)指数上的表现均十分良好,与Ra值相同的其他厂牌产品相较之下,该系列产品的R9值更高,红色的重现性也更佳。随着此项技术的突破,LED灯不但能降低色度的不均,还能因应更细致的色度等级。 03、高可靠度 近年来,市场上对于可靠性的相关需求也变得日益高涨。尤其是由于LED封装反射率较高,一般大多采用镀银的方式,不过银会因为硫化(因与硫磺产生反应而变黑的一种现象)而造成LED光束劣化,该现象对于户外LED灯造成严重问题,因此各家厂商莫不提出各种镀银方案的因应对策,但目前此问题仍无法完全获得改善。 有监于此,业界舍弃镀银方式,改采镀镍/镀金的方式。将LED封装镀银改为镀镍/镀金后,虽然会导致成本增加,并因反射率的降低而造成发光效率不佳,但经由封装结构的改善后,目前这些问题都已成功地被克服。 新封装结构既能维持高发光效率,又能实现高可靠性的LED发光表现,该系列产品即使在硫化试验中也展现出绝佳的表现,可完全避免光束劣化的现象。 04、LED小型/薄型化 随着行动装置体积轻薄短小化,市场上对于小间距产品的需求逐年强烈,零件也面临着更多降低高度及缩小尺寸之要求。此外,由于户外全彩显示装置大多采用LED,为提高表现效果,全彩型LED封装亦朝向更高密度发展。 05、元件技术 为让封装更小、更薄,内部的LED元件也必须同时采用小型薄型规格。因此,业者从晶圆上的发光层成膜到晶片化均采用自行研发的制程技术,终于成功地将磷化铝镓铟(AlGaInP)发光LED的元件尺寸缩小至边角0.13毫米(mm)、厚度t=50微米(μm),一举实现小型化目标。 06、铸模技术 为确保产品的强度,业者提出针对半导体元件进行树脂封止的加工方法。树脂封止加工系采用移转成形(TransferMold)法,但铸模模具的模穴会愈来愈薄(模穴厚度0.10毫米),因此必须确保树脂的流动性。此外,为确保LED的光学特性,无法对其添加用来确保零件强度的填充材料,如此一来,便会造成产品在机械性强度上的降低,但上述问题目前皆已解决。 07、组装技术 在LED晶片的制作上,必须在厚度t=0.10毫米的封止树脂中对LED元件进行焊线,因此业者采用自行研发的焊线机,成功缩小间距并降低回路。 目前,世界最小的超小型LED体积仅1006尺寸,厚度仅0.2毫米,此产品不受设置空间的限制,并采用高亮度LED元件,透过LED发光,能够让光线从行动电话的外壳内部进行穿透照明。 不但如此,超小型LED还可适用于点矩阵显示器。传统的1608尺寸产品最小间距为2毫米,而超小型LED却能以最小间距1.5毫米进行高密度安装,因此能展现出更细致的表现效果。 在其他特色方面,由于该方案的封装尺寸极小,因此可以用在七段显示器、点矩阵显示器模组上,并省略在晶片直接封装(COB)技术上所必须的晶粒黏着(Die-bonding)、焊线、树脂接合(Bonding)等制程。 08、车用LED照明受瞩目 随着LED灯泡及照明用途急速普及化,车用LED照明较以往更受到市场的青睐。在车辆内装用途上,无论是汽车音响、汽车导航系统或是空调面板等主要背光,目前几乎已全面采用LED光源。接下来,像是目前仍采用传统灯泡的室内灯及警示灯,以及采用冷阴极管的仪表板背光等也将渐渐地面临汰换的命运。 在车辆外装上,近年来像是尾灯、转向灯、定位灯等传统灯泡也已逐步被汰换,甚至连头灯也都由传统的卤素灯、高亮度放电(HID)灯转而被LED灯所取代。若从环境辨识性的观点上来看,采用LED灯作为昼行灯(Daytime Running Lamps,DRL)的趋势更是值得关注。 为因应多样化的车用需求,业界在车用LED技术研发上,将以下列两项为研发重点。 09、色度及亮度之客制化需求 在汽车内装方面,像是空调面板等仪表板周边的光源大多由车厂来指定颜色。业者所推出的磷化铝镓铟元件型LED系列产品,挟元件自制优势,无论是色彩、光度皆可依客户要求自行客制化。 其他像是利用氮化铟镓(InGaN)及含有萤光体的树脂所成功创造出的白光及粉色LED系列,也能提供色彩客制化功能。像是主要按键的背光等使用频率较高的按键,即可藉由微妙的颜色差异突显其与相邻按键之相异性,藉此唤起使用者的注意。这种磷化铝镓铟元件采用在磊晶成长(Epitaxial Growth)阶段上抑制波长差异的技术,因此能够满足客户严格的规格要求。 10、研发耐硫化对策/扩充新品 另一方面,市场对于尾灯等车辆外装用途的LED灯最大要求莫过于耐热性及对严苛气候的耐受性,但由于传统的LED封装的导线架为镀银材料,容易产生硫化及光束劣化问题,目前这个问题也开始受到重视。 鉴于此,业界改镀镍/镀钯/镀金做为导线架材料,成功解决因硫化所造成的光束劣化问题。另外,对于镀镍/镀钯/镀金所引起的光度降低缺点,业者亦研发出新的一系列产品,藉由提高元件本身输出效率的方式来解决,展现出毫不逊于镀银产品的光束强度。未来,业界将采镀镍/镀钯/镀金做为封装硫化改善对策,并积极扩充新的产品系列,以满足客户的多样化需求。以上就是LED技术的相关知识,相信随着科学技术的发展,未来的LED灯回越来越高效,使用寿命也会由很大的提升,为我们带来更大便利。

    时间:2020-03-14 关键词: 高可靠性 led照明光源 高演色性

  • 什么是LED驱动电源

    什么是LED驱动电源

    LED驱动电源的特点 1.高可靠性特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,有防水铝壳驱动电源,质量好的话不容易坏,减少维修次数。 2.高效率LED是节能产品,驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构,尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降,所以LED的散热非常重要。电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。 3.高功率因数功率因数是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上大家点灯,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因数方面有一定的指标要求。 4.驱动方式现在通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题。这两种形式,在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。 5.浪涌保护LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外,如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力。 6.保护功能电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高。 7.防护方面灯具外安装型,电源结构要防水、防潮,外壳要耐晒。 8.驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。 9.要符合安规和电磁兼容的要求。 LED驱动电源的不足 LED驱动电源目前存在不足的原因: (1) 生产LED照明及相关的技术人员对开关电源的了解不够,做出的电源是可以正常工作,但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够,还是有一定得隐患; (2) 大部分LED电源生产都是从普通的开关电源转型过来做LED电源,对LED的特点及使用认识还不够; (3) 关于LED的标准几乎没有,大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准; (4) 现在大部分LED电源没有统一,所以量大部分都比较小。采购量小,价格就偏高,而且元器件供应商也不太配合; (5) LED电源的稳定性:宽电压输入,高温和低温工作,过温、过压保护等问题都没有一一解决。 LED驱动电源的发展方向 1、提高驱动电源的寿命 LED很重要的优点之一是使用寿命长,约为3万~10万小时。传统的LED驱动电源中含有电解电容,而电解电容的寿命比较短,约为5,000小时,这是制约LED驱动电源寿命的主要原因,因此在LED驱动电源中应尽可能不采用电解电容。 2、提高驱动电源的输入功率因数,减小总谐波失真美国能源部发布的“能源之星”(ENERGYSTAR)固态照明文件中规定:任何功率等级都需要强制进行功率因数校正。这一标准适用于一系列的产品,如台灯、柜橱照明灯等等。其中,家庭住宅照明的LED驱动电源的功率因数必须大于0.7,商业照明中必须大于0.9。IEC61000-3-2谐波含量标准规定在大于25W功率等级的照明中应满足总谐波失真(Total Harmonic DistorTIon,THD)小于35%,功率因数不小于0.7。这些标准的出台,对于LED照明的驱动电源的设计提出了更高的要求。 3、减小驱动电源的体积 LED本身比较小巧,这对于便携式产品非常有利。LED的驱动电源也应该尽量小巧,使其能够顺利装入LED灯座。在设计过程中,应尽量减小驱动电源的体积。 [5] 4、提高驱动电源的可靠性 在LED工作过程中,温度变高、器件老化等非人为因素会对LED本体造成致命的损坏。因此在LED驱动电源中应该加入过压保护、过流保护等保护电路,对意外事故进行应急处理,保证LED本体的安全工作。

    时间:2019-07-24 关键词: 电源技术解析 高效率 高可靠性

  • 具有高可靠性的高速连续数据采集的设计与实施方法

    ;;; 摘要:从硬件和软件设计两个方面介绍保证PCI总线的高速连续采集系统的数据完整性、可靠性的实用关键技术及具体实施方法、应用案例,列出了大量实用的设计技术及应用程序。该设计先进、可靠,在实践中得到了应用。 ;;; 关键词:高速数据采集 可靠性和完整性 关键技术 设计 在许多测量与控制领域,如电力谐波测试、声光信号处理、现代雷达系统等元均要求在线进行小波数字信号分析与处理,其中最为关键的是如何利用香农(Shannon)采样理论将外部信号毫无失真地采集并转化为计算机所用的数字信号。目前较为流行的方法是提高A/D的转换速率和计算机的处理速度。同时,提高数据的传输速率也是较为关键的。本文以高速数转换芯片AD1674为基础,采用PCI总线协议,从硬件和软件设计入手探讨提高整个数据采集系统的最大采样频率和高可靠性的方法,其中有些方法得到了实践证实。 一般而言,触发A/D转换有软件触发、实时器同步触发及外部触发三种方式。而数据的传输方式有软件查询、中断方式、DMA方式及FIFO方式。四种数据传输的速率比较如下(以A/D转换基频10MHz为例): 软件查询 10~20kS/s(每秒10k次,与所用计算机的主频有关) 中断方式 10~30kS/s DMA方式 200kS/s FIFO方式(w/repeat input string) 330kS/s 在一般控制系统中,采用软件触发A/D、软件查询和中断数据传输方式就能满足测控要求。但要求高速连续数据采集的情况下,显然不能满足系统要求。在笔者设计的智能化高速连续数据采集系统中,采用了定时器同步触发A/D与FIFO(带重复字符输入方式)数据传输方式相结合的方法大大提高了系统的采样频率和数据的可靠性,改善了在Windows环境下数据传输的性能。 1 高速连续数据采集系统设计的几项关键技术 1.1 定时触发脉冲源的设计 由于系统要求高可靠性、高采样频率以及连续采样,利用Intel 8254定时计数功能来触发A/D转换,严格控制时序以及数据采样间隔,合理利用Intel 8254的三个定时计数器。定时计数器0作备用,用作A/D的外部触发源,定时器1和2配合使用。其中定时器1的输入和定时时钟基频(40MHz)相联,其输出作为定时器2的输入,定时器2的输出作为A/D转换的定时脉冲触发源。 定时器1和2均采用方式2工作。定时计数器1和2的计数值CounterT1和CounterT2,必须满足如下关系式: CounterT1×CounterT2=时钟基频/SampleSpeed(系统的采样频率)。 其初始化程序如下(编程平台为Visual C++6.0): ucValue = 0xb4; //定时器2,方式2,ucValue为定时器2的初始化值 _outp(BaseAdr+33,ucValue); //BaseAdr为板卡的基地址 _outp(BaseAdr+32,CounterT2 & 0xff); _outp(BaseAdr+32,(CounterT2 >> 8)& 0xff); ucVaue=(ucValue & ~0xc0)| 0x40; //定时器1,方式2 _outp(BaseAdr+33,ucValue); _outp(BaseAdr+31,CounterT1 & 0xff); _outp(BaseAdr+31,(CounterT1 >> 8) & 0xff); 1.2 双端口RAM技术 系统要求不间断连续要样

    时间:2019-04-16 关键词: 方法 数据采集 高可靠性 总线与接口

  • 面向未来汽车应用的高可靠性创新半导体方案综述

    现在,汽车行业的创新几乎完全由智能电子技术驱动,很多情况下这也是唯一可以实现新功能特性的途径。如今,一个装备良好的高档汽车一般带有40~50个电子控制单元,顶级车型甚至有70个以上。每个控制单元至少有一个微型计算机和几个模拟元器件。因此,近年来汽车行业已成为半导体行业的一个重要市场。今后几年半导体技术将会怎样呢?对汽车电子行业有何影响呢? 半导体工艺尺寸越来越小的趋势会继续延续。目前,针对汽车应用的MCU所用工艺范围从0.5微米至0.18微米。基于0.13微米工艺的MCU也已开始启用。 批量生产预计于2005年开始。飞思卡尔的MPC5200和MPC5500架构是这一工艺技术的典型代表。90nm和65nm工艺也正在开发中。随着尺寸的缩小,每个晶圆上的芯片数目将大大增加,但相应的芯片掩膜和生产成本也会大幅提高。300mm晶圆的采用将进一步增加成本。因此,只有大批量生产才能实现具有成本效益的设计和产品生产。长远来看,一个半导体产品系列的很多衍生型号都将遭受淘汰的命运。显然,将来的趋势是少品种、大批量。 为了支持针对汽车应用的未来定制方案,就需要基于嵌入式闪存EEPROM技术的灵活、可配置且可编程的产品。因此,在专用ROM MCU的开发中,eFlash技术将受到青睐,而且将来会取代简单的CMOS技术。此外,越来越多的EEPROM仿真基于标准eFlash存储模块。然而,EEPROM仿真仍需要高性能嵌入式闪存技术,以便获得至少一万次的编程/擦写周期。再过几年,一种全新的非易失存储技术将用于汽车应用。MRAM存储技术可满足MCU存储器的所有专用需求,而且不存在目前的存储器划分(如ROM、RAM和EEPROM)的限制。非易失存储器可快速写入实时状态数据的功能将打开新的应用之门,如飞机黑匣子记录功能。此外,各种低功耗待机模式将大大降低空闲模式下的功耗。飞思卡尔已经推出第一批MRAM存储器样片。 面向汽车创新应用的未来结构 创新功能的实现通常需要越来越高性能的计算方案。与PC不同的是,在汽车应用中高性能计算能力不能简单地依靠增加时钟速率来实现。在这里有很多因素在限制着时钟速度的提高,比如高达125°C的周围温度、缺乏散热装置及功耗的限制等。此外,汽车系统严格的实时要求大大降低了传统高性能CPU的效率。频繁的任务切换和大量的中断使得CPU流水线或高速缓存应接不暇。将部分任务转移给外围器件可解决这类问题,如I/O处理器和状态机等。在马达管理应用中,专门的“时间处理单元”可承担分析和生成复杂时序信号的责任。智能DMA模块可自动处理来自LIN或CAN网络的通信数据,或灵活存储模数转换器(ADC)数据。依靠新的地址和数据总线架构可实现主CPU和I/O处理器或DMA模块的并行运行。这种分布式智能架构最早在新近推出的32位MCU MPC5500、MPC5200和MAC7100中得以实现。在16位领域,新的方法也在探索之中。一个专门针对汽车应用定制的I/O处理器模块可掌管所有外围模块的处理,因此CPU得以解脱以处理纯应用任务。针对时序、通信和ADC的外围模块控制完全交给了I/O处理器模块。全新的16位HCS12X MCU系列就采用了这一称为X-GATE的新概念。 可以说针对汽车应用的定制MCU结构将会继续发展,因为它们能以低功耗、适度的散热及良好的程序存储效率来满足高性能计算等系统要求。带I/O处理器模块的智能外围电路的另一个重要优势在于其高度的灵活性和可配置性。因此,单个MCU型号就可有效解决多种汽车应用的问题,这也正好符合半导体行业逐渐减少衍生产品型号的发展趋势。AUTOSAR软件组件标准化项目也是这一行业趋势的体现。飞思卡尔积极参与了所有与MCU相关的AUTOSAR工作组,以定义软件和MCU硬件之间的最优接口。 汽车创新的未来概念 通过LIN和CAN网络互连汽车的各个控制单元已经达到了一种极限。现在,创新的功能需要快速且确定性的数据传输。FlexRay通信技术不但为汽车应用提供了快速且确定性的数据传输,而且可实现容错分布式系统。该技术在汽车中的部署和应用本质上依赖于具有成本效益的合适的半导体产品。为了服务于更广泛的市场和应用,飞思卡尔决定开发单片式FlexRay方案。MFR4200器件是一种集成的FlexRay协议控制器,主要面向汽车市场。该器件可与飞思卡尔的16位和32位MCU无缝接口,从而实现低成本的FlexRay控制单元网络。只要简单地添加FlexRay控制器,就可将现有和新的控制单元集成进FlexRay网络。跟CAN类似,FlexRay控制器功能将来也要集成到MCU中,从而进一步降低成本。相应的产品已在开发之中,预计明年将会面市。 几年前,线控(Drive-by-Wire)技术是汽车行业颇受争议的一个创新。该技术正被一步步应用,如电动-液压刹车和电动方向盘操纵系统,以及现今的“电子气压踏板”。电控伺服马达和制动器(actuator)在将来的线控系统中将发挥重要作用。有效的控制越来越需要DSP功能。DSP和MCU的集成将是实现低成本、高效率系统的关键。飞思卡尔开发的MC56F8300 MCU结构正是针对这一应用领域,它不但集成了DSP和MCU功能,而且还集成了专用外围电路模块。这样就可以采用简单的机械部件和低成本的电动马达。此外,速度和定位传感器可以省去,或者作为容错系统的额外一级冗余。 半导体行业另一个重要趋势是模拟功能和智能控制逻辑的集成。飞思卡尔先进的0.25微米SmartMOS-8技术可实现数字CMOS逻辑与模拟双极晶体管及横向DMOS功率晶体管的高度集成。SmartMOS-8首次使用沟道技术获得了极高的功率晶体管封装密度,这表明多个功率开关能以一种高效的方式集成在单个芯片上。即使小的MCU子系统也能以一种低成本的方式集成起来,从而实现全新的智能负载控制器概念,特别适用于照明和制动器(actuator)。 提高汽车可靠性的未来功能和概念 除了创新的功能和技术外,汽车行业还有另一个重要要求:高可靠性。流行的术语叫做“零缺陷”项目。半导体器件自然在该领域起着重要作用。汽车半导体从设计开始就需要100%的测试覆盖率,新的芯片开发由最新的芯片设计方法和功能级验证工具提供支持。在最后的半导体器件测试中,自动测试模式生成和全扫描测试方法是检测逻辑错误的最佳方式。此外,“内置自检”模块可用于检测全扫描测试无法覆盖的功能错误。 不过,控制设备失败的原因有可能不是由缺陷元器件造成的,而是由缺陷软件、没有编译或错误解释的规范,以及汽车的“噪声”环境(如导致EMC问题的毛刺及电源噪声等)。为减少这类失败,飞思卡尔的新型MCU结构增加了安全和保险性。智能“时钟监控”系统可监控时钟质量,以便检测和滤除掉引起EMC问题的噪声。如果由于石英晶体毁坏等原因而导致整个时钟失败,一个内部VCO就会自动激活以保持控制单元的正常工作。自动化的“边际验证”功能可确保嵌入式闪速EEPROM存储器的高质量数据编程。程序和数据存储器的错误可通过“纠错编码”技术被实时检测和纠正。高速缓存系统还使用了互补奇偶信息。此外,被保护存储区域的自动签名生成和验证也可确保高度的数据完整性。存储器保护单元可防止个别软件任务非法访问存储器和外设,并可用于检测“软件跑飞”情形的发生,从而可保证控制单元处于安全和稳定的工作状态。这种安全和保险特性的不断集成为汽车行业“零缺陷”项目的发展做出了贡献。 作者:Hans-Peter Heigl 技术总监 飞思卡尔半导体德国公司

    时间:2019-03-25 关键词: 方案 半导体 嵌入式开发 未来 高可靠性

  • 基于32位单片机的高可靠性系统设计

    引言 随着工业技术的不断发展,对单片机控制的要求也越来越高,需要单片机具备更高的反应速度和更强的数据处理能力,各种高性能的新型单片机得到了迅猛的发展和应用。单片机上主要是高速的数字信号,弱信号很容易受到外界的电磁干扰,同时,单片机系统也会发生掉电、死循环等问题。在工业控制场合,一旦控制发生错误,将会造成难以估计的损失。因此,如何提高控制的可靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了应用32位高性能单片机mc68hc376的一种实际开发方案,同时重点讨论了提高系统可靠性的设计和实现方法。 mc68hc376 是motorola 公司推出的一种新型的32 位高性能单片机,具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力,且支持bdm(background debug mode)模式。通过简易的专用电缆接口,可以直接对微控制器系统进行仿真开发和烧录程序。此外,由于mc68hc376 内部集成度高,外部扩展工作少,因此本身具有较强的抗干扰能力;同时通过外 部硬件电路以及软件的抗干扰设计,控制系统可以实现较高的可靠性。 1 控制系统的基本结构设计 mc68hc376 的集成度高,其主要功能模块包括32位cpu;系统集成模块(sim);4k备用ram;8k 片内rom;10位队列式的模数转换器(qadc);队列式串行通信模块(qsm);可构造时钟模块(ctm4);时间处理单元(tpu);3.5k静态tpuram;can 控制模块(toucan)。其基本性能如下: (1) 24位地址总线、16位数据总线结构,支持32位数据操作。 (2) 2个8位双功能i/o,1个7位双功能i/o,16~44个模拟量输入通道。 (3) 具有系统保护逻辑,同时可进行时钟监视和总线监视。 (4) 速度快,在4.194mhz的晶振下系统时钟可达20.97mhz。 (5) 功耗低,具备低功率休眠功能。 (6) 支持高级语言和背景调试。 系统扩展的基本结构 mc68hc376 内部集成度较高,因而其所需的外围扩展工作较少。基本结构包括外部flash rom、ram、模拟量输入通道、数字量输入通道、键盘、液晶显示、rs-232电平转换器max232和can 控制器can250等,其结构框图如图1 所示。本文重点讨论系统的可靠性设计。 2 系统的可靠性设计 微处理器硬件监控电路 本文采用监控器max705 芯片构成外部监控电路,电路外部接线如图2 所示。该电路具有看门狗定时器、自动和手动复位功能,以及电压门限监测功能。 由于在系统上电、掉电以及供电电压不足时, cpu 和总线逻辑状态不确定,因此应该将微控制器维持在复位的状态,以避免控制错误。对于max705,复位门限电压为4.65v,故当vcc低于4.65v时,系统保持在复位状态。同时,将vcc 与pfi 引脚相连,当vcc低于1.25v时,由pfo 引脚输出示警信号,若较长时间处于电源示警状态,则可能出现电源故障,应该加以处理。当系统正常运行时,由mc68hc376 的ctm4 模块的ctd4通道以小于1.6s 的间隔定时向max705的wdi 引脚提供脉冲;一旦系统不能正常运行而导致max705的wdi 引脚失去脉冲时,看门狗定时溢出使得/wdo为低,由于/wdo与手动复位引脚/mr相连,因此/reset脚向mc68hc376发出低有效的复位信号,使系统恢复到复位状态。外部滤波电路 由于系统采用外部参考频率源,为了提高系统频率的稳定性和可靠性,所以需要在mc68hc376 的xfc 脚上接入滤波电路。该电路应尽可能降低xfc 脚的泄露电流,以提高时钟的稳定性和内部锁相环的性能。图3所示为高稳定的滤波电路。 输出驱动电路可靠性设计 控制装置通过对系统状况进行监测和分析后,向控制和调节的动作单元提供控制信号。如果输出信号受到干扰或者由于装置故障而发出错误的控制信号,那么会因产生错误的调节控制动作而使系统受到危害。因此,对于输出驱动电路应该加以相应的闭锁控制和抗干扰设计,以提高控制的可靠性。 (1) 闭锁控制电路 这里采用可再触发双/单稳态多谐振荡器74ls123 来构成输出闭锁电路,电路接线如图4 所示。 将74ls123 的a 脚与mc68hc376 的ctm4 模块的ctd4通道相连,由于在正常情况下ctd4定时提供脉冲,使得振荡电路不能发生翻转,此时,/q保持为1;如果装置故障,使得ctd4 失去脉冲,则振荡电路使得/q翻转变为0,因此闭锁信号变为0 对输出控制信号闭锁。同时,与门40

    时间:2019-03-21 关键词: 系统 单片机 嵌入式处理器 高可靠性

  • 基于32位单片机MC68HC376的高可靠性系统设计

    基于32位单片机MC68HC376的高可靠性系统设计

    引言 随着工业技术的不断发展,对控制的要求也越来越高,需要具备更高的反应速度和更强的数据处理能力,各种高性能的新型得到了迅猛的发展和应用。单片机上主要是高速的数字信号,弱信号很容易受到外界的电磁干扰,同时,单片机系统也会发生掉电、死循环等问题。在工业控制场合,一旦控制发生错误,将会造成难以估计的损失。因此,如何提高控制的可靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了应用32位高性能单片机MC68HC376的一种实际开发方案,同时重点讨论了提高系统可靠性的设计和实现方法。 MC68HC376是公司推出的一种新型的32位高性能单片机,具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力,且支持BDM(Background Debug Mode)模式。通过简易的专用接口,可以直接对微控制器系统进行仿真开发和烧录程序。此外,由于MC68HC376内部集成度高,外部扩展工作少,因此本身具有较强的抗干扰能力;同时通过外部硬件电路以及软件的抗干扰设计,控制系统可以实现较高的可靠性。 1 控制系统的基本结构设计MC68HC376的集成度高,其主要功能模块包括32位CPU;系统集成模块(SIM);4K备用RAM;8K片内ROM;10位队列式的模数转换器(QADC);队列式串行通信模块(QSM);可构造时钟模块(CTM4);时间处理单元(TPU); 3.5K静态TPURAM;CAN控制模块(TOUCAN)。其基本性能如下: (1) 24位地址总线、16位数据总线结构,支持32位数据操作。 (2) 2个8位双功能I/O,1个7位双功能I/O,16~44个模拟量输入通道。 (3) 具有系统保护逻辑,同时可进行时钟监视和总线监视。 (4) 速度快,在4.194MHz的晶振下系统时钟可达20.97MHz。 (5) 功耗低,具备低功率休眠功能。 (6) 支持高级语言和背景调试。 系统扩展的基本结构 MC68HC376 内部集成度较高,因而其所需的外围扩展工作较少。基本结构包括外部 ROM、RAM、模拟量输入通道、数字量输入通道、键盘、液晶显示、电平转换器和CAN控制器CAN250等,其结构框图如图1所示。本文重点讨论系统的可靠性设计。 2统的可靠性设计 2.1 微处理器硬件监控电路 本文采用监控器芯片构成外部监控电路,电路外部接线如图2所示。该电路具有看门狗器、自动和手动复位功能,以及电压门限监测功能。 由于在系统上电、掉电以及供电电压不足时, CPU 和总线逻辑状态不确定,因此应该将微控制器维持在复位的状态,以避免控制错误。对于,复位门限电压为4.65V,故当Vcc低于4.65V时,系统保持在复位状态。同时,将Vcc与PFI引脚相连,当Vcc低于1.25V时,由PFO引脚输出示警信号,若较长时间处于电源示警状态,则可能出现电源故障,应该加以处理。当系统正常运行时,由MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道以小于1.6s的间隔向的WDI引脚提供脉冲;一旦系统不能正常运行而导致MAX705的WDI引脚失去脉冲时,看门狗溢出使得/WDO为低,由于/WDO与手动复位引脚/MR相连,因此/RESET脚向MC68HC376发出低有效的复位信号,使系统恢复到复位状态。 2.2 外部滤波电路 由于系统采用外部参考频率源,为了提高系统频率的稳定性和可靠性,所以需要在MC68HC376的XFC脚上接入滤波电路。该电路应尽可能降低XFC脚的泄露电流,以提高时钟的稳定性和内部锁相环的性能。图3所示为高稳定的滤波电路。 2.3输出驱动电路可靠性设计 控制装置通过对系统状况进行监测和分析后,向控制和调节的动作单元提供控制信号。如果输出信号受到干扰或者由于装置故障而发出错误的控制信号,那么会因产生错误的调节控制动作而使系统受到危害。因此,对于输出驱动电路应该加以相应的闭锁控制和抗干扰设计,以提高控制的可靠性。 (1) 闭锁 这里采用可再触发双/单稳态多谐振荡器 来构成输出闭锁电路,电路接线如图4 所示。 将的A脚与MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道相连,由于在正常情况下CTD4定时提供脉冲,使得不能发生翻转,此时,/Q保持为1;如果装置故障,使得CTD4失去脉冲,则使得/Q翻转变为0,因此闭锁信号变为0对输出控制信号闭锁。同时,与门4081的另一脚接至MC68HC376的TPU模块的脚,直接由MC68HC376控制。在正常运行中,当需要输出控制信号时,置为1;当不需要输出控制信号时,置为0,则使闭锁信号为0,闭锁输出部分,这样就防止了由于干扰或原因造成的误动作。 (2) 控制信号输出部分的抗干扰设计 当闭锁信号开通时,输出控制信号可能由于扰动而出现偏差,因此应设计相应的输出电路形式来减小扰动的影响。输出电路的形式如图5所示(这里只画出一路输出信号)。 采用单线控制时,一旦受到干扰就会使控制信号的电平发生变化,从而造成误动。这里采用“0,1”控制方式,用两根临近的控制线,一根直接接至与门4081,另一根经过非门4069接至4081,即当两根控制线为“0,1”时输出有效的电平信号1。这样,当存在高扰动或低扰动使得控制线同时变为1或0时,输出无效的电平信号0。本系统中,以CTM4模块的CPWM7引脚和闭锁信号一起控制开启信号;开启信号与MC68HC376的控制信号一起控制动作输出信号。这样就充分提高了输出控制的可靠性。注意,单片机的I/O控制信号应使用上拉电阻。 2.4 掉电报警电路 当系统的某一级工作电源掉电时,控制装置将不能正常运作,或者控制信号得不到正确执行。这时应该发出报警信号,掉电报警电路如图6所示。将各等级的工作电源通过关隔串接起来,一旦发生掉电的情况,掉电报警处的电平由高变为低,启动报警装置。软件可靠性设计 2.5软件看门狗 在MC68HC376的SIM模块中,有一个软件看门狗,在监控程序中,可以开启软件看门狗,配合提高系统的可靠性。该软件看门狗由MC68HC376的系统保护控制寄存器(SYPCR)中的SWE位控制开启。当SWE位为1时,看门狗启动,开始计时。在装置正常工作时,程序应该在软件看门狗溢出之前对软件服务寄存器(SWSR)先后写入55H和AAH,当写入完成之后,软件看门狗就会清除当前计时值,重新开始计时。如果计时值溢出,则会使MC68HC376的/RESET引脚有效,系统复位。这样,就可以在程序死循环或者由于其它原因而导致程序跳飞时自动回复到复位状态。看门狗的溢出时间由系统频率以及SYPCR寄存器的看门狗分频位(SWP)和看门狗定时区(SWT[1:0])决定,如表1所示。选择看门狗溢出时间时应该注意大小适中,若取值过大,则程序可能会较长时间处于死循环或跳飞状态,从而导致控制错误或失效;若取值过小,则会增加程序负担,降低装置运行效率。 2.6 程序的区域划分和操作级别控制 CPU32可进行两种优先级别的操作:监控级别和用户级别。在监控级别下,CPU可以对所有的内部集成资源和所有的指令进行操作,而在用户级别下,它对一些寄存器和指令的访问会受到限制。在程序中有效地利用这种优先级别会使内部资源和一些系统指令得到有控制的访问,从而提高系统运行的可靠性。CPU32的状态寄存器SR中的S位决定CPU的工作级别,当S=1时CPU处于监控级别;S=0时CPU处于用户级别。 一般情况下,单片机的程序区和数据区在同一个物理地址空间。对于MC68HC376,可以通过功能码FC[2:0]来扩展和划分外部物理空间,对FC[2:0]实现外部解码,可以使监控级程序、监控级数据、用户级程序、用户级数据分别使用各自独立的地址空间。对于MC68HC376内部的各个模块,可以通过其相应的结构寄存器中的位来确定该部分的通用寄存器所处的地址空间,当=1时,将相关的寄存器放置于监控级数据地址空间,CPU只有在监控级别时才可对其访问和操作;当=0时,将相关的寄存器放置于数据级数据地址空间,CPU可任意对其进行访问和操作。这样,整个程序结构性强,按级别控制访问,增强了运行的可靠性。 2.7 总线监视器 MC68HC376进行内部总线操作时,数据选通应答引脚(/DSACK)和自动向量引脚(/AVEC)应该有相应的应答信号。SIM模块中的总线监视器能对/DSACK和/AVEC信号进行监视,当响应时间超过定时值就使总线错误(/BERR)引脚有效。程序应对/BERR的状态进行监视,以便及时对总线错误做出相应的处理。 总线监视器的定时值由系统保护控制寄存器(SYPCR)中的总线监视时间区(BMT[1:0])决定。BMT[1:0]=00时,定时值为64个系统时钟;BMT[1:0]=01时,定时值为32个系统时钟;BMT[1:0]=10时,定时值为16个系统时钟;BMT[1:0]=11时,定时值为8个系统时钟。程序员应根据实际的运行情况进行选择。 其它一些提高可靠性的措施还包括有配置去耦电容;系统时钟电路采用独立电源VDDSYN供电,减少对MCU的干扰,而且MCU 停电时系统时钟仍可维持运行。布线时,时钟电路设置在电路板的中央;Standby RAM采用两个电源VDD和VSTBY供电,正常运行时VDD供电,发生掉电时,使其自动切换到VSTBY供电。同时,在软件中,将堆栈及一些重要数据存放在Standby RAM 有利于重要运行参数的保存。 3结语该方案采用高性能、集成度高、可靠性强的32位新型微控制器MC68HC376为核心,同时在硬件、软件以及制板布线等方面采用多种提高系统可靠性的设计措施。应用该方案的数字式低频低压控制装置RSA800,已通过电力工业部电力设备及仪表质量检验测试中心的产品型式试验。

    时间:2019-03-19 关键词: 系统 单片机 嵌入式处理器 高可靠性

  • 高可靠性电源系统的热插拔原理和应用问答选编

    问:MOS管有两种,一种是NPN,另一种是PNP,两种都可以用吗? 答:MOS管分为N沟道和P沟道两种,在热插拔产品通常采用N沟道的MOSFET。P沟道要采用负压控制,在这里是完全不必要使用P沟道的MOSFET。 问:MSOP封装的引脚间距很小,外部高电压会不会影响到可靠性? 答:封装完全可以保证芯片正常工作的需要,如果电压足够高,Layout要做好隔离和EMI的控制。 问:TI的热插拨产品会不会对CPU产生干扰 答:热插拔不会对CPU产生干扰,反而会增加系统的稳定性和可靠性。 问:TI热插拨产品的选型除了额定电压和额定电流外还有什么要特别注意的? 答:需要注意的是选用什么样的工作模式:Latchoff或者Autoretry,是不是需要功率限制功能来保护MOSFET。 问:高可靠性电源系统的热插拔系统是如何稳压的? 答:通过限制电流过快上升,使电流较平稳地过渡到稳定值,达到输出电压逐渐稳定。 问:TI的热插拔和用分立元件(自恢复保险丝,TVS管的区别在哪里?有什么优缺点? 答:自恢复保险丝只是起到熔断的作用,响应速度较慢,功耗较大,不适合用于具有热插拔功能的产品。TVS只是起到过压保护的作用。这两种产品会用在一般的产品中,成本低但性能很差。TI的热插拔电源管理IC不仅可以起到保护的作用,而且反应速度快,还可以提高系统的可靠性。 问:如果系统突然断电和恢复,对热插拔电路是否有影响?是否会损坏负载电路? 答:不会有影响,也不会损坏负载。热插拔电源管理IC也会起到保护的作用。 问:电源的热插拔和USB等设备的即插即用有什么区别吗? 答:热插拔电源管理器件与USB或即插即用设备的电源限流很相似。即插即用的设备使用热插拔电源管理器件,必须有支持即插即用的系统和驱动作支持。 问:双路热插拔芯片中的两路分别完成什么功能? 答:双路热插拔是考虑负载需要接入系统的电源不同,例如一路需要+5V,而另一路需要+12V,这样就有必要将两路分开单独控制。 问:使用热插拔芯片进行设计需要注意些什么? 答:主要考虑应用环境和需要的功能。例如,如果用于工业,需选用工业级的产品以及工作电压范围;是选用闭锁模式还是自动重试模式;是不是需要最大功率控制等额外的功能。 问:热插拔电路板插座上是否有引脚长短的区别? 答:如果您设计的产品必须符合相关协议、规范以及规定,如果相关内容对接口机械参数或者电气参数有要求,引脚会有所区别,例如长短和排序等。 问:热插拔电路对电压和电流的大小有什么限制? 答:热插拔电源管理IC本身有正常的工作电压范围,可以设定最大限制电流或者Fault电流。电压和电流不能超过规定的范围。 问:热插拔电源如何实现对电流的控制? 答:通过采样RSENSE获取电流值信息,如果电流超过最大设定值或者最大限制值时,热插拔电源管理IC进入Latchoff或者Autoretry状态,控制MOSFET导通的时间,前者MOSFET断开,后者MOSFET间隔一定时间后导通或断开,这样可以保证不会出现浪涌电流,实现负载电流慢慢上升的过程。 问:如何避免电流过大引起的故障? 答:热插拔电源管理IC可以限制最大电流,正确设置RSENSE的值就可以得到合适的允许最大电流,超过最大电流的限制时热插拔电源管理IC即可进入保护状态。 问:热切换功能的优点有哪些? 答:热插拔功能一方面起到保护负载的作用,另一方面提高了系统的稳定性。系统在线时接入新的负载,负载会产生浪涌电流,热插拔限制和抑制浪涌电流产生,保护了负载。另外接入新的负载时不会使输入电压骤降造成系统其它工作失常或者复位,提高系统稳定性和可靠性。 问:如果电流上升斜率太小,会不会导致无法满足电路模块间所必需的上电顺序? 答:会对上电顺序造成一定影响,此时需要根据负载设定合理的定时电容的值。 问:选择热插拔产品需要注意哪些规格? 答:主要考虑使用的温度范围、使用电压范围(比如高压应用还是低压应用)、操作的类型(比如是切断类型还是自动重试类型),以及电流限制、平均功率控制等其它功能的选用。因为器件型号不同,对应的功能也不大相同。 问:一般工业控制在什么地方需要使用热插拔?工控与计算机的热插拔概念有无不同? 答:热插拔便于调试维修和替换,对于某些工业控制,需要系统不间断控制,此时必须使用支持热插拔的设备和负载。平时计算机所说的热插拔大都是指支持热插拔的设备,我们在这里讲的是热插拔电源管理器件。 问:在负载短路情况下,热插拔上冲电流是否能够限制?如何实现? 答:当负载短路时,由于负载电容变小,电流并不会出现较大过冲。如果电流明显超过IMAX或者ILIM,MOSFET会及时切断。 问:在开关电源中,有没有关于MOSFET选择的标准? 答:开关电源选用MOSFET优先考虑功耗的问题。除了最大耐压、最大电流能力及导通电阻外,尚有其它在实际应用时需要注意的参数,如传导、栅极电荷、崩溃、温度的影响。 问:在热拔插电源方案中,在负载断开时会产生尖端放电吗?如果有,如何避免? 答:热插拔电源管理是针对负载接入热系统的过程中负载出现浪涌电流、系统电源急剧下降以及其它可靠性问题的解决方案。若存在感性和容性负载,即使不是热插拔设备也会有放电现象,可以考虑设计泄放回路。 问:在冗余电源系统中,除可以使用隔离二极管来降低单点故障,是否还有其它方法来降低单点故障? 答:TI推出了Oring和N+1的产品,这些产品和FET组和替代了二极管,具有更好的性能。首先,FET功耗很小,远远低于二极管;其次,设计更加有弹性,FET可任意关闭和打开,这是二极管所不具有的特性;另外保护功能更强,FET关闭时间比二极管快,可双向阻断故障电压转换器。 问:在实际应用中,热插拔技术在确保系统稳定性上都采取了哪些措施? 答:部分热插拔电源管理产品产品设计有欠压保护、精确的最大电流限制、可编程的平均功率限制、可编程过流限制、错误指示等功能。这些功能保证了系统稳定性。 问:怎样保证不把噪声误判为过压或者欠压? 答:如果噪声引起的电压低于器件本身正常工作电压,欠压保护会起作用,过压超过器件本身的最大承受电压,就会对器件产生破坏。所以这两种保护都可以保证器件的正常使用和安全,主要解决点还是限制或者抑制噪声的出现,例如增加去耦电容等。 问:电源的热插拔会不会对后面的系统造成损害?比如笔记本电源突然断电,会直接造成对主板的冲击,这个是如何考虑的? 答:电源热插拔不会对系统造成危害,热插拔电源管理器件有效保护负载,防止过大的冲击电流,另一方面使系统电源正常供电,避免接入负载出现过大的电压降。电源突然断电不会对主板造成很大的伤害,原因是内部设有保护电路和泄放回路。

    时间:2018-11-19 关键词: 电源技术解析 高可靠性 热插拔 电源系统

  • PCB设计高可靠性特征(一)

    导读: 无论是在制造组装流程还是在实际使用中,PCB都要具有可靠的性能,这一点至关重要。除相关成本外,组装过程中的缺陷可能会由PCB带进最终产品,在实际使用过程中可能会发生故障,导致索赔。因此,从这一点来看,可以毫不为过地说,一块优质PCB的成本是可以忽略不计的。乍一看,PCB不论内在质量如何,表面上都差不多。正是透过表面,我们才看到差异,而这些差异对PCB在整个寿命中的耐用性和功能至为关键。无论是在制造组装流程还是在实际使用中,PCB都要具有可靠的性能,这一点至关重要。除相关成本外,组装过程中的缺陷可能会由PCB带进最终产品,在实际使用过程中可能会发生故障,导致索赔。因此,从这一点来看,可以毫不为过地说,一块优质PCB的成本是可以忽略不计的。在所有细分市场,特别是生产关键应用领域的产品的市场里,此类故障的后果不堪设想。对比PCB价格时,应牢记这些方面。虽然可靠、有保证和长寿命产品的初期费用较高,但从长期来看还是物有所值的。高可靠性的线路板的14个最重要的特征1、25微米的孔壁铜厚好处增强可靠性,包括改进z轴的耐膨胀能力。不这样做的风险吹孔或除气、组装过程中的电性连通性问题(内层分离、孔壁断裂),或在实际使用时在负荷条件下有可能发生故障。IPCClass2(大多数工厂所采用的标准)规定的镀铜要少20%。2、无焊接修理或断路补线修理好处完美的电路可确保可靠性和安全性,无维修,无风险不这样做的风险如果修复不当,就会造成断路。即便修复‘得当’,在负荷条件下(振动等)也会有发生故障的风险,从而可能在实际使用中发生故障。3、超越IPC规范的清洁度要求好处提高PCB清洁度就能提高可靠性。不这样做的风险线路板上的残渣、焊料积聚会给防焊层带来风险,离子残渣会导致焊接表面腐蚀及污染风险,从而可能导致可靠性问题(不良焊点/电气故障),并最终增加实际故障的发生概率。4、严格控制每一种表面处理的使用寿命好处焊锡性,可靠性,并降低潮气入侵的风险不这样做的风险由于老的表面处理会发生金相变化,有可能发生焊锡性问题,而潮气入侵则可能导致在组装过程和/或实际使用中发生分层、内层和孔壁分离(断路)等问题。5、使用国际知名基材–不使用“当地”或未知品牌好处提高可靠性和已知性能不这样做的风险机械性能差意味着在组装条件下无法发挥预期性能,例如:膨胀性能较高会导致分层、断路及翘曲问题。电特性削弱可导致阻抗性能差。6、覆铜板公差符合IPC4101ClassB/L要求好处严格控制介电层厚度能降低电气性能预期值偏差。不这样做的风险电气性能可能达不到规定要求,同一批组件在输出/性能上会有较大差异。

    时间:2018-10-17 关键词: PCB 特征 高可靠性

  • ITT开发出高可靠性不锈钢D微型连接器

    ITT开发出高可靠性不锈钢D微型连接器 ITT开发了一款防腐蚀D-微型连接器。ITT Cannon的不锈钢D-sub外壳满足防腐蚀的MIL-Spe "P"级不锈钢严格要求,也满足RoHS的JEDEC标准 不锈钢D-sub外壳非常适用于很多种类应用,如电信、航海、航天、石化以及医疗。不锈钢外壳尺寸有E,A,B,C和D,标准尺寸有9到50个连接形式,高密度尺寸有15到78个连接形式。最大电流是40A。外壳已经经过持续暴露与盐雾与腐蚀性化学物品的测试。客户订购不锈钢D-sub连接器可使用基本的D-Sub型号并在型号后增加"F225"以指明不锈钢。数量达到250个时,不锈钢D-微型外壳典型单价在大约$3到$20,货期为6-8周。 来源:0次

    时间:2018-09-12 关键词: 连接器 高可靠性 不锈钢

  • 研祥智能VPX高可靠性军用加固通讯计算平台

    VPX架构" title="VPX架构">VPX架构" title="VPX架构">VPX架构、多核处理器、以及基于FPGA的系统将改变国防及航空应用中模块化通讯计算平台的发展方向。 为了满足高速数据量(如雷达、电子对抗、声纳、信号处理),一种新的总线架构VPX(VITA 46)诞生。这种架构远远超越了长期以来流行的VMEbus和CompactPCI架构,它支持高速串行交换架构(Rapid IO/PCI-E/1GbE/10GbE)。同时,VPX-REDI标准定义了0.8英寸及1.0英寸板卡间距的结构,支持顶部及底部金属盖, VPX标准也新增ESD保护功能。这种设计增强了板卡的坚固性,降低了经常拆卸、更换板卡的复杂性和成本。 对于国防和航空嵌入式COTS市场,一个重要趋势是采用多核处理器。多核技术大幅度提高系统性能,并降低了系统功耗。在军事应用中,一般采用对称式多处理架构(SMP)进行多核运算,多个进程和多个任务在一个进程中并行运行,同时处理信号、运行任务计算、以及运行工业控制的密集型任务。支持SMP处理的操作系统包括Windows XP、Solaris及Linux,等等 。研祥智能VPX-1811 Intel i7平台处理板,提供4X PCI-EX4数据交换处理业务研祥智能VPX-1831 PowerPC P4080处理板提供Rapid IO/PCI-E数据交换及处理业务 研祥智能VPX交换板VPX-6424采用MPC8641D处理器,该处理器管理Broadcom 10G switch。同时,该交换板作为IPMI的主控系统,增强VPX系统的智能化。该产品集成24个GbE交换,4个10GbE交换,4个可选GbE光模块交换,可灵活的组建VPX模块化以及任务型处理系统。 嵌入式国防与航空航天计算领域VPX架构的出现,以及多核处理器、可重配的FPGA技术发展,使军事应用的COTS产品越来越有吸引力,VPX产品将主导高端军用模块化通讯计算平台的发展!

    时间:2018-07-25 关键词: 通讯 智能 高可靠性 研祥

  • PCB设计高可靠性特征(二)

    7、界定阻焊物料,确保符合IPC-SM-840ClassT要求好处NCAB集团认可“优良”油墨,实现油墨安全性,确保阻焊层油墨符合UL标准。不这样做的风险劣质油墨可导致附着力、熔剂抗耐及硬度问题。所有这些问题都会导致阻焊层与脱离,并最终导致铜电路腐蚀。绝缘特性不佳可因意外的电性连通性/电弧造成短路。8、界定外形、孔及其它机械特征的公差好处严格控制公差就能提高产品的尺寸质量–改进配合、外形及功能不这样做的风险组装过程中的问题,比如对齐/配合(只有在组装完成时才会发现压配合针的问题)。此外,由于尺寸偏差增大,装入底座也会有问题。9、NCAB指定了阻焊层厚度,尽管IPC没有相关规定好处改进电绝缘特性,降低剥落或丧失附着力的风险,加强了抗击机械冲击力的能力–无论机械冲击力在何处发生!不这样做的风险阻焊层薄可导致附着力、熔剂抗耐及硬度问题。所有这些问题都会导致阻焊层与脱离,并最终导致铜电路腐蚀。因阻焊层薄而造成绝缘特性不佳,可因意外的导通/电弧造成短路。10、界定了外观要求和修理要求,尽管IPC没有界定好处在制造过程中精心呵护和认真仔细铸就安全。不这样做的风险多种擦伤、小损伤、修补和修理–能用但不好看。除了表面能看到的问题之外,还有哪些看不到的风险,以及对组装的影响,和在实际使用中的风险呢?11、对塞孔深度的要求好处高质量塞孔将减少组装过程中失败的风险。不这样做的风险塞孔不满的孔中可残留沉金流程中的化学残渣,从而造成可焊性等问题。而且孔中还可能会藏有锡珠,在组装或实际使用中,锡珠可能会飞溅出来,造成短路。12、PetersSD2955指定可剥蓝胶品牌和型号好处可剥蓝胶的指定可避免“本地”或廉价品牌的使用。不这样做的风险劣质或廉价可剥胶在组装过程中可能会起泡、熔化、破裂或像混凝土那样凝固,从而使可剥胶剥不下来/不起作用。13、NCAB对每份采购订单执行特定的认可和下单程序好处该程序的执行,可确保所有规格都已经确认。不这样做的风险如果产品规格得不到认真确认,由此引起偏差可能要到组装或最后成品时才发现,而这时就太晚了。14、不接受有报废单元的套板好处不采用局部组装能帮助客户提高效率。不这样做的风险带有缺陷的套板都需要特殊的组装程序,如果不清楚标明报废单元板(x-out),或不把它从套板中隔离出来,就有可能装配这块已知的坏板,从而浪费零件和时间。

    时间:2018-07-10 关键词: PCB 特征 高可靠性

  • 一种高可靠性的频率测量系统

      提出并研制了一种高可靠性、高精度、使用简单且便于维护的频率测量系统,该系统用于电力电子测量领域。其硬件系统以嵌入式PC104计算机为测控平台,软件系统以LabWindows/CVI为开发平台,采用测周期法,依据频率大小选用不同的基准频率。经实际测试证实,该设计满足精度和实时性的要求,检测效率高,便于操作与维护。该系统亦可用于其他要求高精度频率测量的领域中。   1 引言   频率是电力电子系统中1个基本的物理量,其测量问题在工程应用中非常重要。通常的测量方案是选用单片机或可编程逻辑器件。然而,在某些特殊场合,工作环境恶劣,要求测量精度高、可靠性强,使用常规的方案难以达到要求,或成本过高。本文提出了一种基于PC104测控计算机的频率测量系统,依据初步测试得到的待测频率大小选用不同的基准频率,测量精度达到0.2%,且实现了同时测量多路信号的频率。   2 总体设计   交变信号的频率是指单位时间内信号周期性变化的次数,即发fx =N/t,可见测量fx须将N或t作为基准,对另一个量进行测量[1]。基本的测量频率方法有两种:一种是测频法,由测量电路给出标准闸门信号t =Tr,测出待测信号在一定的时间间隔Tr内重复变化次数N, 得被测信号的频率为;另一种方法是测周期法,由测量电路提供标准频率信号fr,以被测信号的周期作为闸门,测出在一个被测信号周期内标准信号fr的个数N,得到被测信号的频率为。两种方法均存在计数器的±1量化误差,测频法的相对误差,测周期法的相对误差。前者fx位于分母,其值越大误差越小,因此对于高频信号有较高的精度,而后者fx位于分子,值越小误差越小,对低频信号的测量精度较高。本文以测周期法为原理,提出的测频方案如图1所示。以PC104测控计算机为硬件平台,设计调理模块对信号进行调理,通过PC104总线输入到操作系统平台上,由数据处理算法进行处理,并在液晶显示器上显示。 图1 测频方案示意图   3 硬件设计   本文以PC104测控计算机为硬件平台,选用的功能模块有DMM-32X-AT、OMM-XT和GPIO-MM-XT,可以实现多路频率信号的同时测量。PC104与标准台式PC(PC/AT)体系结构完全兼容,并且具有结构紧凑,体积小,功耗低,使用温度范围宽(-45℃~85℃),可靠性高(单个模块MTBF》20万h),抗恶劣环境,坚固耐用等优点,从而保证了产品的生命周期[2-3]。   对多路待测频率信号进行分类,将存在先后测试顺序的频率信号共用一组检测电路进行调理,利用多路开关实现信号之间的切换。在测量过程中,实际输入信号存在不确定性及抖动等问题,为了提高测量精度,首先对待测信号进行预处理,通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号,接着进行线性放大,再经过零比较器整形为矩形波信号,最后通过双稳态电路输入PC104功能模块卡。   传统的测量周期原理框图如图2所示。在待测频率的1个周期中,高电平时间计数器闸门打开进行计数,低电平时关闭,通过测量出高电平时间计算出信号周期。但是如果遇到干扰,待测频率上升沿和下降沿轻微变化时, 计数就会产生一个脉冲的读数误差。同时,对于占空比未知的信号,采用此原理无法测出准确频率。   因此,为减小误差,并且能测量占空比未知的信号,所提出的测频方案首先将待测信号分频,使测频时间为待测频率信号周期的整数倍,而与占空比无关,如图3所示。另外对于高频和低频信号,采用不同的分频系数,以提高测量精度。对于1kHz以下的信号进行二分频,1kHz以上的信号进行四分频。 图3改进的测频方法原理框图 图4:硬件电路图   硬件电路原理图如图4所示。   4 软件设计   选用NI公司的LabWindows/CVI为软件开发环境,它以ANSIC为核心,有机结合了数据采集、分析和显示等工具,为自动检测系统提供了一个理想的软件开发环境。待测信号较多时,如果使用单一线程,会造成测量或激励冲突,导致系统死机,难以保证实时性。为避免这一现象,在频率量测量程序中,本文使用了多线程技术——线程池。线程池实现了多个任务分时占有CPU,可在一个时间段内并行完成多个任务,适用于需要不连续地执行多次或在循环中执行的任务[4]。同时,软件使用SQLToolkit工具包,记录测试数据,并可进行离线数据分析。软件系统示意图如图5。为了测量多路信号,使用三种功能模块同时测量。 图5:软件结构示意图   4.1 DMM-32-XT模块测频   DMM-32-XT的板载频率有10kHz和10MHz两种,根据输入频率的不同,选用不同的板载频率来测量。首先用10kHz进行测频。计数器是减记数的方式,所以在检测到低电平时,往计数器0赋初值0;当遇到高电平时,计数器自动开始减数。直到再次遇到低电平时停止。这时,将计数器中的值锁存并读出。先从计数器读出低位low,再读出高位high。可求出频率为:   为使测量误差小于0.5%,由得fx≤50,如果待测频率分频后大于50Hz,为了精度更高,将选用10MHz的板载频率再次测量,过程相同。程序流程图如图6。   4.2 OMM-XT模块测频   OMM-XT模块只有一种大小为4MHz的板载频率,在测低频时,以4MHz作为基准频率,计数器会产生溢出。为解决这个问题,将计数器1和计数器2的级连,把计数器1的输出设置为计数器2的输入。计数器1对4MHz分频,产生50kHz的方波,计数器2用此频率作为基准频率计数。而在测高频时,只用计数器2进行测频即可。   为使测量误差小于0.5%,由得fx≤250,为了保留一定的裕度,设定fx≥200时换用测高频方式,即只用计数器2进行测频。同理,由   得fx≤20kHz,当待测信号频率大于20kHz时,精度无法保证,因此该法只适用于20kHz以下的频率。   4.3 GPIO-MM-XT模块测频   GPIO-MM-XT功能模块是基于FPGA的PC104计数器和数字I/O模块,嵌入两个CTS9513计数逻辑器件。其板载频率为40MHz,软件可配置16分频、256分频、4096分频、65536分频,得到大小不同的基准频率。测频原理类似于上述模块。程序流程图如图7。 图6 DMM-32X-AT模块测频流程图 图7 GPIO模块测频流程图   5 实验结果   使用EE1411型合成函数信号发生器产生的频率信号作为输入,对每个信号进行10次测量,得到的实验数据如表1所示,可见测量误差在0.2%以下。   6 结论   本文详细论述了一种高精度频率测量系统,该系统在设计上充分考虑了现场使用环境的特点和用户需求,并为离线数据分析处理提供方便。硬件上采用PC104总线模块,保证系统的高可靠性。软件平台采用NI公司的LabWindows/CVI,软件设计面向测试过程,界面友好,为功能扩展提供了良好基础。经实际测试表明,该系统用于电力电子测量中,满足相应的测试要求和测试指标,操作简单,可靠性好,检测效率高,便于携带和维护。

    时间:2018-06-21 关键词: 高可靠性 频率测量系统

  • 基于DSP的智能控制器高可靠性分析与设计

    基于DSP的智能控制器高可靠性分析与设计

    硬件系统高可靠性设计1 硬件电路设计硬件电路原理如图1所示,在具体设计中,每个部分都应考虑抗干扰问题,以最大限度地减小干扰对整个系统性能的影响,确保系统具有足够高的可靠性。图1 智能控制器硬件电路原理框图①DSP部分本控制器以TI公司的TMS320F2812(以下简称F2812)为核心,它是一款专用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。F2812部分的电路设计重点考虑如下问题:● 电源上电次序。F2812为低电压、多电源DSP,必须满足I/O电源先于CPU内核电源上电的次序,且两者上电时间差不能太长(一般不超过1s),否则会影响器件的使用寿命甚至损坏器件。本文采用TPS75733KTT和TPS76801Q电源芯片设计电源模块,满足了上述上电次序的特殊要求。● 系统时钟。F2812要求输入时钟信号电平为1.9V(此时主频最高可达150MHz)或1.8V(此时最高主频为135MHz),而普通晶振的输出电平为5V或3.3V,因此不能直接采用晶振设计系统时钟。为提高系统整体工作的稳定性和可靠性,本设计采用一个晶体和两个电容与F2812片内时钟模块构成振荡电路,满足了时钟要求。● 未用输入/输出引脚的处理。未用输入引脚不能悬空不接,对于关键的控制输入引脚(如Ready和Hold等),应固定接为高电平或低电平,非关键的输入引脚应将其上拉或下拉为固定电平;未用的输出引脚可悬空不接。②电源部分本设计针对直流侧采取了如下措施:● 电源按内部和外部两类单独分开供电,并采取隔离、滤波及接地等技术措施。内部电源负责F2812核心系统供电,并设有电压监视器,用于电源异常保护;而外部电源只与外部接口联系。● 模拟电源和数字电源分开,分别采用独立的电源供电。● 对整流后的直流电压采取了二级稳压方式,以保证前级稳压器受影响后仍能输出规定的电压。③输入输出通道部分输入输出通道与过程相连,是过程干扰进入DSP系统的主要通道,也是DSP系统抗干扰设计的重要内容之一。输入输出通道抗干扰设计主要采取隔离措施,这样可大大提高过程通道上的信噪比。④通信部分F2812芯片具有两个串行通信接口,可根据具体需要自由配置成标准串口RS-232或RS-485。本设计采用RS-232,且为了提高整个系统的抗干扰能力,选用了高抗干扰性驱动芯片MAX3160,并采用高速光耦进行隔离。2 PCB电路板设计与制作目前,电子设备普遍采用PCB电路板进行装配。随着集成电路及相关技术的飞速发展,PCB上的元器件密度越来越高,PCB设计与制作的质量对DSP系统可靠性的影响也越来越大。因此,在设计和制作PCB的时候,不仅要考虑元器件和线路的布置,还应符合相关的抗干扰设计规则。①PCB布局PCB布局非常重要,它不仅决定电路板的视觉效果及自动布线的布通率,更重要的是会影响仪器的整体性能,所以,布局时必须综合考虑,并遵循一定的规则,具体包括:● PCB板的几何尺寸应合适,尺寸过大会增加线路阻抗,降低抗噪声能力,尺寸过小则影响散热,且相邻线条易受干扰;● 应将元件及信号合理分区,将强、弱信号分开,数字与模拟信号分开,干扰源与敏感元件分开;● 尽可能按信号流程布置各功能模块的位置,使信号方向一致;● 以每个功能模块的核心元件为中心进行元器件布局,且应考虑元器件排列及焊接,不能太密;②PCB布线在PCB设计过程中,布线工作的技巧性很强,是非常重要的一步。布线时应遵循如下规则:● 相邻两层的布线方向应尽量垂直,必要时可加地线隔离;● 地线和电源线应尽量加粗,以减小压降和降低耦合噪声;● 数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,布线时,应尽量将模拟器件远离数字信号线,并用地线把数字区与模拟区隔离;● 整个PCB板对外只有一个地线节点,而在PCB板内部,数字地和模拟地则是分开的,通常可将数字地和模拟地在D/A转换器的模拟地引脚处连在一起;③电源线设计解决干扰问题的办法是将电源部分的器件单独放在一起,然后用正反两条较粗的地线与其他部分完全隔离,再在电源器件附近放置旁路电容和去耦电容,以最大限度地减少输出电源线上的干扰。另外,应根据电流的大小,尽量加宽电源线,并尽可能使电源线和地线的走向与数据传输方向一致,以提高系统的抗噪声能力。④地线设计电子系统的噪声和干扰与其接地方式有密切的关系,良好的接地往往可解决大部分干扰问题。对于低频电路,布线和元器件间的电感影响比较小,而接地电路形成的环流对干扰影响会较大,此时应采用一点接地方式,以尽可能减小地线上的电位差;而对于高频电路,地线阻抗会变得很大,此时缩短地线长度,以减小地线阻抗就成为关键问题,所以应采用就近多点接地方式。此外,应尽量加粗接地线,以减小地线电阻,否则,会由于接地电位变化而导致信号电平不稳,进而降低抗噪声能力。⑤滤波电容设计选luF~l0uF的电容跨接在电路板入口处的电源线与地线之间,这样能有效消除低频干扰。而对于高频干扰信号,可用0.01μF和0.1μF的电容放在电源和地的引脚旁,特别是要在每个集成电路芯片的电源线和地线之间直接接入0.1μF的高频电容。另外,也可采用铁氧体磁珠来做高频滤波,它可等效为一个电阻和一个电感的串联,其高频时的交流阻抗很大,而直流阻抗却很小(接近于0Ω),这样,高频干扰信号就被吸收,并以热量形式消耗。3 空间抗干扰问题抗空间干扰的主要措施就是屏蔽。本设计采用常用的屏蔽的方法,即用低电阻材料作成屏蔽罩,把干扰源或易受干扰的部分包围起来,这样,既防止了干扰源向外施加干扰,也避免了易受干扰部分接收外来的干扰。软件系统高可靠性设计1 软件的抗干扰设计除上述的硬件抗干扰措施之外,软件上也应做好抗干扰设计。①看门狗中断的应用在程序设计时,每隔一段程序插入一个看门狗计数器复位指令,这样,在程序运行过程中,如果进入死循环或非法代码区,就不能使计数器清零,当该计数器溢出时,就会使系统复位并重新运行,此时如果干扰或故障已消除,则系统就从故障状态恢复正常。②假中断处理在程序设计时,应给每一个中断都编写程序,在中断服务程序中清除中断标志并使程序正常返回,这就保证了程序的稳定运行。③指令冗余技术对开中断关中断、中断初始化、系统寄存器初始化及定时器定时值设置等重要指令采取指令冗余技术,即多进行一次重复写操作,以确保这些重要指令的正确执行。2 控制算法的可靠性问题本控制器的控制算法设计主要考虑以下两个方面的内容:一是控制规则的准确性问题,通过对从白内障手术专家那里获得的手术经验数据进行反复的考证和分析,并结合相关的实验情况,从中提取有代表性的数据作为编写控制规则的依据;二是控制器的完备性问题,即对于任意的输入,控制器都可给出合适的控制输出,这主要取决于数据库和规则库。数据库方面,对于任意的输入,总能找到一个模糊集合,使得该输入对于该模糊集合的隶属度值不小于某一正数ε(通常可取ε为0.5);规则库方面,应避免出现因推理机搜索不到合适的控制结果而造成系统失控的现象,也即对于任意的输入,应确保至少有一条可适用的规则,且其适用度应大于某一正数(可取0.5),同时,控制规则数不能太少,当然也不宜太多,实际中,在满足控制器完备性要求的情况下,应尽量减少控制规则数目。

    时间:2018-06-18 关键词: DSP 嵌入式开发 高可靠性 智能控制器 分析与设计

  • 开发高可靠性嵌入式系统的七个技巧

    尽管许多嵌入式工程师充满了希望和梦想,但高可靠性的代码不是一蹴而就的。它是一个艰苦的过程,需要开发人员维护和管理系统的每个比特和字节。当一个应用程序被确认为“成功”的那一刻,通常会有一种如释重负的感觉,但仅仅因为软件在受控条件下的那一刻运行正常并不意味着明天或一年后还会运行正常。 从规范完善的开发周期到严格执行和系统检查,开发高可靠性嵌入式系统的技术有许多种。本文介绍了7个易操作且可以长久使用的技巧,它们对于确保系统更加可靠地运行并捕获异常行为大有帮助。 技巧#1——用已知值填充ROM 软件开发人员往往都是非常乐观的一群人,只要让他们的代码忠实地长时间地运行就可以了,仅此而已。微控制器跳出应用程序空间并在非预想的代码空间中执行这种情况似乎是相当少有的。然而,这种情况发生的机会并不比缓存溢出或错误指针失去引用少。它确实会发生!发生这种情况后的系统行为将是不确定的,因为默认情况下内存空间都是0xFF,或者由于内存区通常没有写过,其中的值可能只有上帝才知道。 不过有相当完备的linker或IDE技巧可以用来帮助识别这样的事件并从中恢复系统。技巧就是使用FILL命令对未用ROM填充已知的位模式。要填充未使用的内存,有很多不同的可能组合可以使用,但如果是想建立更加可靠的系统,最明显的选择是在这些位置放置ISR fault handler。如果系统出了某些差错,处理器开始执行程序空间以外的代码,就会触发ISR,并在决定校正行动之前提供储存处理器、寄存器和系统状态的机会。 关于如何使用FILL命令以及关于其用途的替代性策略等额外信息可以在“使用FILL命令提高代码完整性”中找到(http://www.beningo.com/improving-code-integrity-using-fill/)。 技巧#2——检查应用程序的CRC 对嵌入式工程师来说一个很大的好处是,我们的IDE和工具链可以自动产生应用程序或内存空间校验和(Checksum),从而根据这个校验和验证应用程序是否完好。有趣的是,在许多这些案例中,只有在将程序代码加载到设备时,才会用到校验和。 然而,如果CRC或校验和保持在内存中,那么验证应用程序在启动时(或甚至对长时间运行的系统定期验证)是否仍然完好是确保意外之事不会发生的极好途径。现在一个编程过的应用程序发生改变的概率是很小的,但考虑每年交付的数十亿个微控制器以及可能恶劣的工作环境,应用程序崩溃的机会并不是零。更有可能的是,系统中的一个缺陷可能导致某一扇区发生闪存写入或闪存擦除,从而破坏应用程序的完整性。 技巧#3——在启动时执行RAM检查 为了建立一个更加可靠和扎实的系统,确保系统硬件正常工作非常重要。毕竟硬件会发生故障。(幸运的是软件永远不会发生故障,软件只会做代码要它做的事,不管是正确的还是错误的)。在启动时验证RAM的内部或外部没有问题,是确保硬件可以如预期般运作的一个好方法。 有许多不同的方法可用于执行RAM检查,但常用的方法是写入一个已知的模式,然后等上一小段时间再回读。结果应该是所读就是所写。真相是,在大多数情况下 RAM检查是通过的,这也是我们想要的结果。但也有极小的可能性检查不通过,这时就为系统标示出硬件问题提供了极好的机会。 这里有一个memtest C模块,是MIChael Barr在 2000年就写好了的,它可以节省工程师考虑RAM测试所需的时间。可在此处下载该模块 ( http://www.embedded.com/design/embedded/source-code/4200237/memtest-zip )。 技巧#4——使用堆栈监视器 对许多的嵌入式开发者而言,堆栈似乎是一股相当神秘的力量。当奇怪的事情开始发生,工程师终于被难倒了,他们开始思考,也许堆栈中发生了什么事。结果是盲目地调整堆栈的大小和位置等等。但该错误往往是与堆栈无关的,但怎能如此确定?毕竟,有多少工程师真的实际执行过最坏情况下的堆栈大小分析? 堆栈大小是在编译时就静态分配好的,但堆栈是以动态的方式使用的。随着代码的执行,应用程序需要的变量、返回的地址和其它信息被不断存储在堆栈中。这种机制导致堆栈在其分配的内存中不断增长。然而,这种增长有时会超出编译时确定的容量极限,导致堆栈破坏相邻内存区域的数据。 绝对确保堆栈正常工作的一种方法是实现堆栈监视器,将它作为系统“保健”代码的一部分(有多少工程师会这样做?)。堆栈监视器会在堆栈和“其它”内存区域之间创建一个缓冲区域,并填充已知的位模式。然后监视器会不断的监视图案是否有任何变化。如果该位模式发生了改变,那就意味着堆栈增长得太大了,即将要把系统推向黑暗地狱!此时监视器可以记录事件的发生、系统状态以及任何其它有用的数据,供日后用于问题的诊断。 大多数实时操作系统(RTOS)或实现了内存保护单元(MPU)的微控制器系统中都提供有堆栈监视器。可怕的是,这些功能默认都是关闭状态,或者经常被开发人员有意关闭。在网络上快速搜寻一下可以发现,很多人建议关闭实时操作系统中的堆栈监视器以节省56字节的闪存空间。等等,这可是得不偿失的做法! 技巧#5 - 使用MPU 在过去,是很难在一个小而廉价的微控制器中找到内存保护单元(MPU)的,但这种情况已经开始改变。现在从高端到低端的微控制器都已经有MPU,而这些 MPU为嵌入式软件开发人员提供了一个可以大幅提高其固件(firmware)鲁棒性(robustness)的机会。 MPU 已逐渐与操作系统耦合,以便建立内存空间,其中的处理都分开,或任务可执行其代码,而不用担心被stomped on。倘若真有事情发生,不受控制的处理会被取消,也会执行其他的保护措施。请留意带有这种组件的微控制器,如果有,请多加利用它的这种特性。 技巧#6 - 建立一个强大的看门狗系统 你经常会发现的一种总是最受喜爱的看门狗(watchdog)实现是,在看门狗被启用之处(这是一个很好的开始),但也是可以用周期性定时器将该看门狗清零之处;定时器的启用是完全与程序中出现的任何情况隔离的。使用看门狗的目的是协助确保如果出现错误,看门狗不会被清零,即当工作暂停,系统会被迫去执行硬件重设定(hardware reset),以便恢复。使用与系统活动独立的定时器可以让看门狗保持清零,即使系统已失效。 对应用任务如何整合到看门狗系统中,嵌入式开发人员需要仔细考虑和设计。例如,有种技术可能可以让每个在一定时期内运行的任务标示它们可以成功地完成其任 务。在此事件中,看门狗不被清零,强制被复位。还有一些比较先进的技术,像是使用外部看门狗处理器,它可用来监视主处理器如何表现,反之亦然。 对一个可靠的系统而言,建立一个强大的看门狗系统是很重要的。由于有太多的技术,难以在这几个段落中完全涵盖,但针对此一议题,笔者未来还会发表相关的文章。 技巧#7 - 避免易失存储器分配 不习惯在资源有限环境下工作的工程师,可能会试图使用其编程语言的特性,这种语言让他们可以使用易失存储器分配。毕竟,这是一种常在计算器系统中使用的技术,在计算器系统中,只有在有必要时,内存才会被分配。例如,以C开发时,工程师可能倾向于使用malLOC来分配在堆(heap)上的空间。有一个操 作会执行,一旦完成,可以使用free将被分配的内存返回,以便堆的使用。 在资源受限的系统,这可 能是一场灾难!使用易失存储器分配的其中一个问题是,错误或不当的技术可能会导致内存泄漏或内存碎片。如果出现这些问题时,大多数的嵌入式系统并没有 资源或知识来监视堆或妥善地处理它。而当它们发生时,如果应用程序提出对空间的要求,但却没有所请求的空间可以使用,会发生什么事呢? 使用易失存储器分配所产生的问题是很复杂的,要妥善处理这些问题,可以说是一个噩梦!一种替代的方法是,直接以静态的方式,简化内存的分配。例如,只要在 程序中简单地建立一个大小为256字节长的缓冲区,而不是经由malloc请求这样大小的内存缓冲区。此一分配的内存可在整个应用程序的生命周期期 间保持,且不会有堆或内存碎片问题方面的顾虑。 结论 这些都只是一些可以让开发人员开始建立更可靠嵌入式系统的方法。另外还有很多其他技术,例如利用良好的编码标准、位翻转的监测、执行数组和指针边界检查,及使用断言等。所有这些技术都是让设计者可以开发出可靠性更高嵌入式系统的秘诀。

    时间:2018-06-07 关键词: 嵌入式系统 技巧 高可靠性

  • 一种高可靠性的复位电路

    为确保微机系统中电路稳定可靠工作, 复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是 上电复位 。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%,即 4.75~5.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。微机电路在工作中受到干扰后,容易出现CPU程序“跑飞”而盲目运行甚至出现死机现象。此时复位信号有效,使微机系统重新恢复正常运行。这种监视CPU运行的电路称为WATCHDOG电路。1 几种常见的复位电路下面给出一些资料中介绍的复位电路。图1为一 微分电路 ,当电源Vcc上电时,因电容C两端电压不能突变,所以RES OUT在上电时会有一段时间为高电平,复位有效。持续一段时间后,复位撤除,微机开始工作。该电路唯一优点是电路简单。但它有很多缺点:(1)当Vcc电压不足4.75V时,RES OUT也可能已撤除,因为它没有Vcc检测电路。(2)因是微分电路,容易引入高频干扰。(3)当CPU出现死机时,该电路不能引起复位,不具备WATCHDOG的功能。图2是图1的改进型,使用时R11C12。它克服了图1电路中的缺点(2),但是仍然有缺点(1)和(3)。图3是一种可靠的复位电路,由四部分组成:(1)或非门U1、U2与R1、R2、C3构成高低电平相间的矩形波振荡电路。当U3的输出端Q=H时,复位信号无效,当Q=L时,复位信号有效。复位信号有两个,是为了适应不同的CPU及接口芯片。(2) Vcc检测电路。U4与R3、R4、R5、Z1等构成Vcc检测电路,只要Vcc

    时间:2018-06-04 关键词: 电路 高可靠性

  • 开发高可靠性嵌入式系统 这7大技巧助你一臂之力

    成为一个正式的工程师。它是一个艰辛的过程,需要开发人员维护和管理系统的每个比特和字节。从规范完善的开发周期到严格执行和系统检查,开发高可靠性嵌入式系统的技术有许多种。今天给大家介绍7个易操作且可以长久使用的技巧,它们对于确保系统更加可靠地运行并捕获异常行为大有帮助。技巧1——用已知值填充ROM软件开发人员往往都是非常乐观的一群人,只要让他们的代码忠实地长时间地运行就可以了,仅此而已。跳出应用程序空间并在非预想的代码空间中执行这种情况似乎是相当少有的。然而,这种情况发生的机会并不比缓存溢出或错误指针失去引用少。它确实会发生!发生这种情况后的系统行为将是不确定的,因为默认情况下内存空间都是0xFF,或者由于内存区通常没有写过,其中的值可能只有上帝才知道。不过有相当完备的linker或IDE技巧可以用来帮助识别这样的事件并从中恢复系统。技巧就是使用FILL命令对未用ROM填充已知的位模式。要填充未使用的内存,有很多不同的可能组合可以使用,但如果是想建立更加可靠的系统,最明显的选择是在这些位置放置ISR fault handler。如果系统出了某些差错,处理器开始执行程序空间以外的代码,就会触发ISR,并在决定校正行动之前提供储存处理器、寄存器和系统状态的机会。技巧2——检查应用程序的CRC对嵌入式工程师来说一个很大的好处是,我们的IDE和工具链可以自动产生应用程序或内存空间校验和(Checksum),从而根据这个校验和验证应用程序是否完好。有趣的是,在许多这些案例中,只有在将程序代码加载到设备时,才会用到校验和。然而,如果CRC或校验和保持在内存中,那么验证应用程序在启动时(或甚至对长时间运行的系统定期验证)是否仍然完好是确保意外之事不会发生的极好途径。现在一个编程过的应用程序发生改变的概率是很小的,但考虑每年交付的数十亿个微控制器以及可能恶劣的工作环境,应用程序崩溃的机会并不是零。更有可能的是,系统中的一个缺陷可能导致某一扇区发生闪存写入或闪存擦除,从而破坏应用程序的完整性。技巧3——在启动时执行RAM检查为了建立一个更加可靠和扎实的系统,确保系统硬件正常工作非常重要。毕竟硬件会发生故障。(幸运的是软件永远不会发生故障,软件只会做代码要它做的事,不管是正确的还是错误的)。在启动时验证RAM的内部或外部没有问题,是确保硬件可以如预期般运作的一个好方法。有许多不同的方法可用于执行RAM检查,但常用的方法是写入一个已知的模式,然后等上一小段时间再回读。结果应该是所读就是所写。真相是,在大多数情况下 RAM检查是通过的,这也是我们想要的结果。但也有极小的可能性检查不通过,这时就为系统标示出硬件问题提供了极好的机会。技巧4——使用堆栈监视器对许多的嵌入式开发者而言,堆栈似乎是一股相当神秘的力量。当奇怪的事情开始发生,工程师终于被难倒了,他们开始思考,也许堆栈中发生了什么事。结果是盲目地调整堆栈的大小和位置等等。但该错误往往是与堆栈无关的,但怎能如此确定?毕竟,有多少工程师真的实际执行过最坏情况下的堆栈大小分析?堆栈大小是在编译时就静态分配好的,但堆栈是以动态的方式使用的。随着代码的执行,应用程序需要的变量、返回的地址和其它信息被不断存储在堆栈中。这种机制导致堆栈在其分配的内存中不断增长。然而,这种增长有时会超出编译时确定的容量极限,导致堆栈破坏相邻内存区域的数据。绝对确保堆栈正常工作的一种方法是实现堆栈监视器,将它作为系统“保健”代码的一部分(有多少工程师会这样做?)。堆栈监视器会在堆栈和“其它”内存区域之间创建一个缓冲区域,并填充已知的位模式。然后监视器会不断的监视图案是否有任何变化。如果该位模式发生了改变,那就意味着堆栈增长得太大了,即将要把系统推向黑暗地狱!此时监视器可以记录事件的发生、系统状态以及任何其它有用的数据,供日后用于问题的诊断。大多数实时操作系统(RTOS)或实现了内存保护单元(MPU)的微控制器系统中都提供有堆栈监视器。可怕的是,这些功能默认都是关闭状态,或者经常被开发人员有意关闭。在网络上快速搜寻一下可以发现,很多人建议关闭实时操作系统中的堆栈监视器以节省56字节的闪存空间等等,这可是得不偿失的做法!技巧5 - 使用MPU在过去,是很难在一个小而廉价的微控制器中找到内存保护单元(MPU)的,但这种情况已经开始改变。现在从高端到低端的微控制器都已经有MPU,而这些 MPU为嵌入式软件开发人员提供了一个可以大幅提高其固件(firmware)鲁棒性(robustness)的机会。MPU 已逐渐与操作系统耦合,以便建立内存空间,其中的处理都分开,或任务可执行其代码,而不用担心被stomped on。倘若真有事情发生,不受控制的处理会被取消,也会执行其他的保护措施。请留意带有这种组件的微控制器,如果有,请多加利用它的这种特性。技巧6 - 建立一个强大的看门狗系统你经常会发现的一种总是最受喜爱的看门狗(watchdog)实现是,在看门狗被启用之处(这是一个很好的开始),但也是可以用周期性定时器将该看门狗清零之处;定时器的启用是完全与程序中出现的任何情况隔离的。使用看门狗的目的是协助确保如果出现错误,看门狗不会被清零,即当工作暂停,系统会被迫去执行硬件重设定(hardware reset),以便恢复。使用与系统活动独立的定时器可以让看门狗保持清零,即使系统已失效。对应用任务如何整合到看门狗系统中,嵌入式开发人员需要仔细考虑和设计。例如,有种技术可能可以让每个在一定时期内运行的任务标示它们可以成功地完成其任务。在此事件中,看门狗不被清零,强制被复位。还有一些比较先进的技术,像是使用外部看门狗处理器,它可用来监视主处理器如何表现,反之亦然。对一个可靠的系统而言,建立一个强大的看门狗系统是很重要的。技巧7 - 避免易失存储器分配不习惯在资源有限环境下工作的工程师,可能会试图使用其编程语言的特性,这种语言让他们可以使用易失存储器分配。毕竟,这是一种常在计算器系统中使用的技术,在计算器系统中,只有在有必要时,内存才会被分配。例如,以C开发时,工程师可能倾向于使用malloc来分配在堆(heap)上的空间。有一个操作会执行,一旦完成,可以使用free将被分配的内存返回,以便堆的使用。在资源受限的系统,这可能是一场灾难!使用易失存储器分配的其中一个问题是,错误或不当的技术可能会导致内存泄漏或内存碎片。如果出现这些问题时,大多数的嵌入式系统并没有 资源或知识来监视堆或妥善地处理它。而当它们发生时,如果应用程序提出对空间的要求,但却没有所请求的空间可以使用,会发生什么事呢?使用易失存储器分配所产生的问题是很复杂的,要妥善处理这些问题,可以说是一个噩梦!一种替代的方法是,直接以静态的方式,简化内存的分配。例如,只要在 程序中简单地建立一个大小为256字节长的缓冲区,而不是经由malloc请求这样大小的内存缓冲区。此一分配的内存可在整个应用程序的生命周期期 间保持,且不会有堆或内存碎片问题方面的顾虑。结论以上嵌入式开发的教程可以让开发技术的人员获取更好嵌入式系统的办法。所有这些技术都是让设计者可以开发出可靠性更高嵌入式系统的秘诀。0次

    时间:2018-05-30 关键词: 嵌入式开发 嵌入式系统 高可靠性 之力

  • 这些技巧让高可靠性嵌入式系统的开发更简单

    这些技巧让高可靠性嵌入式系统的开发更简单

    就像很遥远年代的人们思想还很保守,固守着自己一方净土独享着一份安逸。总认为天圆地方一直在平淡而充实的生活,又好似红楼梦中的刘姥姥走进大观园看得眼花缭乱。对于75年以前人传统观念还比较浓重,对于那个年代的人来讲所受到教育和现在应该说是不一样的。对于那个时代物资相对比较匮乏,科技相对有些落后没有现在所谓的大数据、云计算、互联网和移动互联网。从规范完善的开发周期到严格执行和系统检查,开发高可靠性嵌入式系统的技术有许多种。本文介绍了7个易操作且可以长久使用的技巧,它们对于确保系统更加可靠地运行并捕获异常行为大有帮助。技巧1——用已知值填充ROM软件开发人员往往都是非常乐观的一群人,只要让他们的代码忠实地长时间地运行就可以了,仅此而已。跳出应用程序空间并在非预想的代码空间中执行这种情况似乎是相当少有的。然而,这种情况发生的机会并不比缓存溢出或错误指针失去引用少。它确实会发生!发生这种情况后的系统行为将是不确定的,因为默认情况下内存空间都是0xFF,或者由于内存区通常没有写过,其中的值可能只有上帝才知道。不过有相当完备的linker或IDE技巧可以用来帮助识别这样的事件并从中恢复系统。技巧就是使用FILL命令对未用ROM填充已知的位模式。要填充未使用的内存,有很多不同的可能组合可以使用,但如果是想建立更加可靠的系统,最明显的选择是在这些位置放置ISR fault handler。如果系统出了某些差错,处理器开始执行程序空间以外的代码,就会触发ISR,并在决定校正行动之前提供储存处理器、寄存器和系统状态的机会。技巧2——检查应用程序的CRC对嵌入式工程师来说一个很大的好处是,我们的IDE和工具链可以自动产生应用程序或内存空间校验和(Checksum),从而根据这个校验和验证应用程序是否完好。有趣的是,在许多这些案例中,只有在将程序代码加载到设备时,才会用到校验和。然而,如果CRC或校验和保持在内存中,那么验证应用程序在启动时(或甚至对长时间运行的系统定期验证)是否仍然完好是确保意外之事不会发生的极好途径。现在一个编程过的应用程序发生改变的概率是很小的,但考虑每年交付的数十亿个微控制器以及可能恶劣的工作环境,应用程序崩溃的机会并不是零。更有可能的是,系统中的一个缺陷可能导致某一扇区发生闪存写入或闪存擦除,从而破坏应用程序的完整性。技巧3——在启动时执行RAM检查为了建立一个更加可靠和扎实的系统,确保系统硬件正常工作非常重要。毕竟硬件会发生故障。(幸运的是软件永远不会发生故障,软件只会做代码要它做的事,不管是正确的还是错误的)。在启动时验证RAM的内部或外部没有问题,是确保硬件可以如预期般运作的一个好方法。有许多不同的方法可用于执行RAM检查,但常用的方法是写入一个已知的模式,然后等上一小段时间再回读。结果应该是所读就是所写。真相是,在大多数情况下RAM检查是通过的,这也是我们想要的结果。但也有极小的可能性检查不通过,这时就为系统标示出硬件问题提供了极好的机会。技巧4——使用堆栈监视器对许多的嵌入式开发者而言,堆栈似乎是一股相当神秘的力量。当奇怪的事情开始发生,工程师终于被难倒了,他们开始思考,也许堆栈中发生了什么事。结果是盲目地调整堆栈的大小和位置等等。但该错误往往是与堆栈无关的,但怎能如此确定?毕竟,有多少工程师真的实际执行过最坏情况下的堆栈大小分析?堆栈大小是在编译时就静态分配好的,但堆栈是以动态的方式使用的。随着代码的执行,应用程序需要的变量、返回的地址和其它信息被不断存储在堆栈中。这种机制导致堆栈在其分配的内存中不断增长。然而,这种增长有时会超出编译时确定的容量极限,导致堆栈破坏相邻内存区域的数据。绝对确保堆栈正常工作的一种方法是实现堆栈监视器,将它作为系统“保健”代码的一部分(有多少工程师会这样做?)。堆栈监视器会在堆栈和“其它”内存区域之间创建一个缓冲区域,并填充已知的位模式。然后监视器会不断的监视图案是否有任何变化。如果该位模式发生了改变,那就意味着堆栈增长得太大了,即将要把系统推向黑暗地狱!此时监视器可以记录事件的发生、系统状态以及任何其它有用的数据,供日后用于问题的诊断。大多数实时操作系统(RTOS)或实现了内存保护单元(MPU)的微控制器系统中都提供有堆栈监视器。可怕的是,这些功能默认都是关闭状态,或者经常被开发人员有意关闭。在网络上快速搜寻一下可以发现,很多人建议关闭实时操作系统中的堆栈监视器以节省56字节的闪存空间。等等,这可是得不偿失的做法!技巧5 - 使用MPU在过去,是很难在一个小而廉价的微控制器中找到内存保护单元(MPU)的,但这种情况已经开始改变。现在从高端到低端的微控制器都已经有MPU,而这些MPU为嵌入式软件开发人员提供了一个可以大幅提高其固件(firmware)鲁棒性(robustness)的机会。MPU 已逐渐与操作系统耦合,以便建立内存空间,其中的处理都分开,或任务可执行其代码,而不用担心被stomped on。倘若真有事情发生,不受控制的处理会被取消,也会执行其他的保护措施。请留意带有这种组件的微控制器,如果有,请多加利用它的这种特性。技巧6 - 建立一个强大的看门狗系统你经常会发现的一种总是最受喜爱的看门狗(watchdog)实现是,在看门狗被启用之处(这是一个很好的开始),但也是可以用周期性定时器将该看门狗清零之处;定时器的启用是完全与程序中出现的任何情况隔离的。使用看门狗的目的是协助确保如果出现错误,看门狗不会被清零,即当工作暂停,系统会被迫去执行硬件重设定(hardware reset),以便恢复。使用与系统活动独立的定时器可以让看门狗保持清零,即使系统已失效。对应用任务如何整合到看门狗系统中,嵌入式开发人员需要仔细考虑和设计。例如,有种技术可能可以让每个在一定时期内运行的任务标示它们可以成功地完成其任 务。在此事件中,看门狗不被清零,强制被复位。还有一些比较先进的技术,像是使用外部看门狗处理器,它可用来监视主处理器如何表现,反之亦然。对一个可靠的系统而言,建立一个强大的看门狗系统是很重要的。由于有太多的技术,难以在这几个段落中完全涵盖,但针对此一议题,笔者未来还会发表相关的文章。技巧7 - 避免易失存储器分配不习惯在资源有限环境下工作的工程师,可能会试图使用其编程语言的特性,这种语言让他们可以使用易失存储器分配。毕竟,这是一种常在计算器系统中使用的技术,在计算器系统中,只有在有必要时,内存才会被分配。例如,以C开发时,工程师可能倾向于使用malloc来分配在堆(heap)上的空间。有一个操 作会执行,一旦完成,可以使用free将被分配的内存返回,以便堆的使用。在资源受限的系统,这可 能是一场灾难!使用易失存储器分配的其中一个问题是,错误或不当的技术可能会导致内存泄漏或内存碎片。如果出现这些问题时,大多数的嵌入式系统并没有 资源或知识来监视堆或妥善地处理它。而当它们发生时,如果应用程序提出对空间的要求,但却没有所请求的空间可以使用,会发生什么事呢?使用易失存储器分配所产生的问题是很复杂的,要妥善处理这些问题,可以说是一个噩梦!一种替代的方法是,直接以静态的方式,简化内存的分配。例如,只要在 程序中简单地建立一个大小为256字节长的缓冲区,而不是经由malloc请求这样大小的内存缓冲区。此一分配的内存可在整个应用程序的生命周期期 间保持,且不会有堆或内存碎片问题方面的顾虑。结论这些都只是一些可以让开发人员开始建立更可靠嵌入式系统的方法。另外还有很多其他技术,例如利用良好的编码标准、位翻转的监测、执行数组和指针边界检查,及使用断言等。所有这些技术都是让设计者可以开发出可靠性更高嵌入式系统的秘诀。0次

    时间:2018-05-30 关键词: 嵌入式开发 嵌入式系统 简单 高可靠性

  • 详解一种485 Hub星型总线,具有高可靠性

    详解一种485 Hub星型总线,具有高可靠性

    一、 概述 一些变电站采用支持多节点远间隔通讯的RS-485总线作为局部监控系统的通讯网络,但是由于485总线的物理结构决定了在变电站强电磁环境的通讯过程中需要解决其节点间存在的相互干扰这一题目,以此进步系统的可靠性。 二、 节点间的相互干扰对总线的影响 485总线上所有的下位机共享一个信号通道,这种物理结构增加了节点间的公共阻抗耦合,节点之间产生相互干扰,因此在很大程度上降低了系统的可靠性。 首先,变电站的变压器、中控室以及输电线都会通过辐射在四周的通讯线上感应出干扰电压,我们在对485总线上某一节点A丈量时发现:   丈量结果显示:节点间的电磁耦合对感应电压的幅值及频率都有很大影响。由于通讯线为双绞线,两根通讯线上的感应电压可以为幅值及相位均相同的共模电压。但是双绞线的扭曲不可能完全一致,节距也不尽相等,所以线间会出现差模电压。根据文献[1]提供的丈量共模电压累计概率分布图及概率公式,计算出 共模电压落进差模电压的概率为 ,而485驱动/接收器接收到 的电压时就会动作。因此,节点间的相互干扰增加了共模电压数值以及出现差模信号的比例,从而增大系统误动作的概率。 其次,变电站变压器开关动作时将产生瞬变电磁场。图1、图2为某500kV变电站隔离开关断开时,某控制信号线中感应出的暂态电压电流波形。   图 1 控制线中的暂态电压   图 2 控制线中的暂态电流 可以看出,变压器四周或者与之相连节点的信号线上的瞬间感应电压/电流均远高于485驱动/接收器的阈值电压(12V)/电流(250mA),因此,没有良好的限压装置将烧毁节点的485驱动/接收器,更危险的情况是,总线上其它的节点将通过公共回路的耦合,必然感应出相同幅值的高压,使总线上所有的节点都受到影响。 最后,变电站室外通讯电缆屏蔽层会由于自然磨损、施工不当或恶意破坏等因素,出现两根通讯线短接,致使总线上一直处于逻辑0的状态。根据RS-485协议,下位机把其解释为一个新的数据起始位并且试图读取后续的数据位,由于永远不会有停止位, 这便会产生一个帧错误结果,因此也就不会再有节点请求总线,网络将陷于瘫痪状态。 三、 解决方法 尽管可以通过改善变电站现场工作环境,降低电磁污染,增加限压装置以及利用短路偏置等方法进步RS-485总线的稳定性,但是,不从根本上往隔离出现故障的节点,整个总线系统都将无法工作,因此只有进步总线自身的可靠性,才能保证系统稳定工作。基于此,本文所提出的485 HUB 星型总线一方面从物理结构上完全隔离节点,同时还从软件上进步抗干扰能力,减少相互间干扰。 3.1 物理隔离 485 HUB中,采用与下位机数目相同的485驱动/接收器,分别与所有节点逐一对应,各自独立完本钱节点的发送/接收数据包的任务。首先,HUB上的单片机截获上位机发送的数据包,进行地址确认后,控制HUB中与这个地址节点相对应的485驱动器输出使能端,再将截获的数据包原封不动的发送给驱动器,发送完成后,自动将驱动器转换为接收器,等待下位机的反馈信息。HUB中其它485驱动/接收器的使能端没有受到控制指令,不改变状态,只有选通的节点独立通讯。 结构示意图:   3.2 软件设计 在程序中加进信息的多重判定、自动检验、系统运行状态监视与发生故障时的自动恢复等语句,一旦出现差模干扰导致的误码和乱码,经过程序辨别后,可以直接屏蔽。 为了防止干扰导致程序失控陷进死循环,采用时间监视器Watchdog芯片Max813L,监控程序的运行以及单片机的电源供电。 软件流程图:   3.3 数据隔离 数据隔离的目的是从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开,使现场执行装置与上位控制主机保持信号联系,但不直接发生电的联系。在485 HUB中,在反馈信息的回路中加进高速光电耦合隔离器6N137,使夹杂在输进开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输出回路的一侧。 使用485 HUB后,再次丈量相同位置的节点A,其丈量值如下表:   1. 从丈量值中可以看到,485 HUB中节点之间的干扰明显减小,物理隔离保证了节点的独立性。 2. 经过试验验证,485 HUB中即使某节点发生短路故障,其它节点仍能正常工作。 3. 由于变电站的实际情况,本次测试没有捕捉到变压器开关动作时HUB真个感应电压,但通过实验室环境模拟,当高于驱动器阈值的瞬态脉冲电压出现在某路节点的通讯线上时,其它节点没有受到干扰。 因此,485 HUB星型总线保证了当一路节点出现强电磁干扰或短路题目时,不会影响总线的其它节点,进步了MTBCF ,降低了MTTR,系统的可靠性得到改善。 四、 结论 就其物理结构而言,这种485 HUB星型总线不同于传统意义上的485总线,每个485驱动/接收器并没有实现一发多收的总线功能,而是以点对点的星型连接实现了485 HUB的功能,可以说本方案中系统可靠性的进步是以增加485驱动/接收器的数目为代价的。但是,485 HUB结构简单,对工作环境要求不高,其高可靠性和稳定性特别适用于变电站这种远程控制系统,因此就其性价比而言,超过了传统的485总线。[!--empirenews.page--] RS-485 HUB星型总线已经运用在一些变电站远程控制系统中,运行稳定,抗干扰能力较之以前有所进步,可以满足现场要求。 参考文献: [1] 禄贵祯 蒋克华 通讯系统中的电磁兼容理论与技术[M] 北京广播学院出版社 2000 [2] Jan Axelson (著) 精英科技 (译)串行端口大全[M] 中国电力出版社 2001 [3] 孙竹森 张禹芳 张广州等 500KV变电站的电磁骚扰和防护措施的研究(一) 高电压技术[J] 2000年2月

    时间:2018-03-22 关键词: 485 hub 高可靠性 总线与接口 星型总线

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