STWD100xP 看門狗在嵌入式系統(tǒng)硬件抗EMC技術的應用

3 嵌入式系統(tǒng)硬件抗EMC技術

嵌入式系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、不可靠因素有很多，干擾可以來自系統(tǒng)本身也可以來自本系統(tǒng)外其他系統(tǒng)，關于系統(tǒng)干擾靠軟件處理能起一定作用，但僅靠軟件沒有硬件的局面難以支撐，系統(tǒng)抗干擾問題始終難以解決。在可編程系統(tǒng)中為了增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，減小系統(tǒng)CPU開支，常用以下方法：

3．1 抑制電源諧波干擾

在可編程電子系統(tǒng)中，能夠解決好電源干擾問題就解決整個系統(tǒng)干擾的一大半，很多干擾都是從電源中出來，電源干擾過大會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。單純正弦信號不會有干擾，關鍵正弦信號處于干擾很大的環(huán)境中，這時正弦信號就會附加干擾。例如：電源線過長在電源線上就會產生寄生干擾，可以在電源線上加上小磁珠或磁環(huán)濾波，要求不高的情況下可以加100 Ω電阻對干擾信號進行衰減，使干擾信號對系統(tǒng)不起作用。對開關電源來說，主要是振蕩器振蕩頻率過高引起諧波，不僅影響電源而且會影響整個系統(tǒng)，開關電源效率較高很多地方都采用，但在要求比較高的系統(tǒng)中仍然采用線性電源。

3．2 CPU選擇能夠滿足系統(tǒng)要求的最低主頻

CPU主頻過高系統(tǒng)時鐘加快，系統(tǒng)時鐘產生的方波頻率升高，由方波帶來的諧波隨之增加。從Fourier Series和Euler Formula得單一方波比正弦波的諧波幅度大得多，諧波頻率復雜得多，由此系統(tǒng)主頻越高產生的諧波越復雜，影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。但隨著電子技術的發(fā)展，CPU主頻越來越高，電子系統(tǒng)越來越復雜，功能不斷增加，集成度不斷提高，但對于CPU來說無論哪方面使用，系統(tǒng)主頻夠用即可。

3．3 減小信號在傳輸過程中的衰減、畸變和反射

現代集成電路制造主要采用CMOS技術，輸入阻抗大、輸出阻抗小，抗干擾能力強，適合小信號放大。CMOS集成電路輸入電流大約為1 mA，信號在電路板上延時Td與電路板引線阻抗有關，阻抗越大信號衰減越大、信號延時越長、系統(tǒng)發(fā)熱越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。在高速系統(tǒng)設計過程中要考慮PCB信號傳輸延時Td，使信號人為延時Tr大于信號傳輸延時。

3．4 注意PCB布線和元器件高頻特性

PCB布線最大原則是元器件之間引線盡量短、信號線交叉盡量少，盡量不用或少用過孔。模擬地、數字地、高頻地分開走線，然后匯聚成一點，大功率器件、小功率器件和干擾信號特別大的器件在布局時要分開。對干擾信號特別敏感的高頻元器件可以用金屬罩屏蔽起來，避免電磁干擾。

3．5 退耦電容的使用

一般在系統(tǒng)集成電路供電引腳旁都要放置去耦陶瓷電容到地，濾除電源在傳輸過程中所產生的寄生干擾。去耦電容選取并不嚴格，一般來說都是可按f=1／C來選取，對于CPU控制系統(tǒng)來說濾除10～100 MHz電源信號寄生干擾，電容取0．01～0．1μF陶瓷電容，系統(tǒng)要求較高的高速電路中可以在集成電路電源端到地用一個1～10μF的電解電容，濾除電源1～10GHz的諧波干擾。

4 嵌入式系統(tǒng)軟件抗EMC技術

為了增強嵌入式系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，嵌入式系統(tǒng)除硬件抗干擾外，可以在軟件上采用一定的技巧抗干擾，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠。

4．1 信息冗余技術

為了防止干擾，系統(tǒng)對重要數據或文件復制到多個存儲單元，當一個存儲單元數據損壞后立即啟動備用存儲單元使數據恢復。

4．2 時間冗余技術

為了增強系統(tǒng)可靠性，對于重要區(qū)域重復執(zhí)行，將第1次與第2次的執(zhí)行結果相比較如相同則認為正確，如不同第1次或第2次執(zhí)行有問題或兩次都有問題，程序再執(zhí)行第3次、第4次，如果有1次相同則認為正確。

4．3 自動檢測與診斷技術

自動檢測包括嵌入式系統(tǒng)RAM的檢測、ROM的檢測、標志位的檢測等，對RAM的檢測在開機時可以在RAM存儲區(qū)內開辟幾個單元，向RAM存儲單元寫入不同的數值例如55H、AAH、EEH等，在執(zhí)行程序時讀出這些存儲單元的值是否開機放置的數值相等，判斷程序執(zhí)行的正確性。ROM用來放程序或表格數值，對ROM區(qū)域二進制數0和1的個數檢測系統(tǒng)程序執(zhí)行的正確性。在程序的執(zhí)行過程中RAM區(qū)域數據結果不同，對標志位產生影響不同，例如51單片機中PSW，當兩個數據相加出現進位時PSW中第位7位CY由硬件置，用戶可以查詢PSW中第7位判斷程序執(zhí)行的正確性。

4．4 軟件陷阱技術

軟件陷阱技術指嵌入式系統(tǒng)中程序存儲器不一定用完，如因干擾嵌入式系統(tǒng)程序計數器PC值錯誤，程序將會跳到沒用到的存儲空間，導致系統(tǒng)出錯或程序跑飛，軟件陷阱就是在這些沒有用到的程序存儲器中放入空指令和無條件跳轉指令，當程序跑飛跑到空程序存儲器中，嵌入式系統(tǒng)則認為系統(tǒng)受到干擾程序執(zhí)行出錯，系統(tǒng)自動復位。

5 集成STFWD100xP WTD的應用

5．1 看門狗WTD的分類和特點

看門狗可分為硬件看門狗和軟件看門狗，軟件看門狗不需要外接硬件電路，但軟件定時器會耗費系統(tǒng)CPU資源，軟件過長還可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定導致系統(tǒng)癱瘓；硬件看門狗幾乎不耗費系統(tǒng)資源使用隨意性較大，硬件看門狗主要是為防止程序在執(zhí)行過程中受到干擾致使程序跑飛的一種監(jiān)控芯片，常用WTD集成電路有Xicor公司X25045，Dallas公司DSl232和意法半導體公司STWD100等，有的嵌入式CPU本身自帶WTD，如PIC系列和51S系列單片機。硬件看門狗實際就是一個Timer，未等到定時器溢出時程序不斷給定時器賦值，程序正常執(zhí)行情況下定時器不會溢出，當程序跑飛沒有正常為WTD賦值定時器會溢出，系統(tǒng)自動復位。看門狗就是在程序正常執(zhí)行處放一條或幾條喂狗指令，使看門狗處于喂飽狀態(tài)，如程序跑飛長時間沒有喂狗，看門狗就會叫使嵌入式系統(tǒng)重啟或復位。

STWD100是意法半導體公司新推出的一款操作簡單、SOT23-5小型封裝、超低功耗、超小體積5腳WTD集成電路，靜態(tài)電流13μA、輸出電流20 mA、輸出功耗320 mW。STWD100系列與X25045不同，STWD100省去繁瑣的命令，例如X25045讀、寫鎖存器，讀寫狀態(tài)寄存器；STWD100系列芯片不同喂狗周期不同，每種芯片只有一個固定的定時周期，例如STWD100xP，STWD100xW，STWD100xX，STWD100xY喂狗周期分別為3．4 ms，6．3 ms，102 ms，1．6 s。STD100xP引腳和封裝如圖1所示。