基于瑞萨QzROM单片机的EFT抗干扰措施

QzROM是应用了经过细微化处理的PROM技术的可编程存储器。QzROM单片机是指搭载了新型存储器QzROM的瑞萨单片机(图1)，广泛应用于照相机、便携式设备、家电及民用设备等。


　EFT概念

　　EFT(电快速瞬变脉冲群，如图2)是由电路中的感性负载断开时产生。特点是一连串的脉冲，对电路的影响比较大，可造成MCU(单片机)程序跑飞、死机、复位等情况。由于一连串的脉冲可以在电路的输入端产生累积效应，使干扰电平的幅度最终超过电路噪声门限。

　　当脉冲串的每个脉冲相距很近时，电路的电容没有足够时间放电，就又开始新的充电，容易达到较高的电平。所以脉冲串的周期越短对电路影响越大。

　　EFT抗干扰措施，主要介绍三类方法：

　　1.优化PCB(印制电路板)布线

　　•在元件布局方面，需优先放置MCU(单片机)、时钟、复位电路;将元器件划分不同的功能模块，合理摆放各模块位置，调整元器件角度，缩短总布线长度。

　　•在布线宽度、布线间隙方面，尽量用更粗的布线宽度和布线间隙，减少在干扰下导线上的电压对信号的影响，同时减少各个布线间的干扰。

　　•在地线、电源线布置方面：尽量将MCU、时钟、复位电路的地线、电源线与其他功能分离开来，低频时注意覆铜的放置，应尽量缩短布线长度。

　　•时钟电路方面，用最短的布线连接时钟电路与MCU，过长的布线更容易引入干扰，见图3;将晶振的地线与其它功能的地线分开，给晶振部分单独铺设多边形覆铜;避免大电流从晶振电路下方流过。其原因是：如果有噪声侵入时钟输入/输出(I/O)引脚，时钟的波形就会发生紊乱，导致误动作和失控。另外，如果因噪声引起单片机Vss电平和谐振器Vss电平之间的电位差，正确的时钟就不能输入到单片机。
　•复位电路：尽可能缩短连接复位电路与MCU的布线长度，见图4。理由是：因为时序必要条件规定了输入到复位引脚的脉宽，所以，如果小于规定宽度的脉冲噪声输入到复位引脚，就在单片机内部完全进入初始化状态前解除复位，导致程序失控。

　　•去耦电容：在靠近MCU的地方放置去耦电容，布线应驱使电流流向去耦电容。

　　•CNVss引脚(控制芯片运行模式管脚)方面，如果不使用在板编程功能，应直接将CNVss连接到Vss;在需要在板编程的情况下，在靠近MCU的地方用5.1kΩ电阻连接到Vss，应尽量缩短CNVss的布线长度。

　　•P40(Vpp)引脚的布线：在将P40(Vpp)引脚用作输入端口时，应尽量在P40(Vpp)引脚附近串联插入约5kΩ的电阻;在未使用P40(Vpp)引脚时，应尽量从提供给单片机Vss引脚的GND(地)以最短距离连接到最近的GND布线，另外，通过串联插入的5kΩ的电阻并连接到GND，有可能改善抗噪声能力，此时也尽量从提供给单片机的Vss引脚的GND以最短距离连接到GND布线，见图5。

　　理由：P40(Vpp)引脚是内部QzROM的电源输入引脚，在将程序写到QzROM时，为了产生泄电流，降低了P40(Vpp)引脚的阻抗，所以噪声容易侵入，QzROM的指令码和数据的读操作就不能正常进行而导致失控。

　　2. I/O端口处理

　　•未使用引脚的正确处理：

　　(1)只能设为输入模式，用1k~10kΩ的电阻将各引脚上拉或下拉，有内部上拉的，也可选用;

　　(2)只能设为输出模式，引脚开路，输出高或低电平;

　　(3)其他I/O，推荐设为输出，引脚开路。

　　•未使用引脚处理时的注意事项：

　　(1)I/O口设置成输入时，不要开路;

　　(2)I/O口设置成输入时，不要直接连接到Vcc或Vss，也不要一个电阻将多个端口一起连接到Vcc或Vss，以防止因噪声或程序失控等引起方向寄存器变成输出模式时，端口间发生短路;

　　(3)采用输出模式，软件处理上要定期刷新端口状态，以防止因噪声和程序失控等引起方向寄存器变成输入模式时，端口电平不定，可能会造成电源电流增加。
3. 优化程序结构设计

　　•指令冗余：

　　(1)关键位置的多字节指令之后插入2个以上的单字节指令(NOP)，避免后面的指令被当作操作数;

　　(2)跳转指令(JMP,JSR,BRA)和返回指令(RTI,RTS)前插入两条NOP，避免程序乱飞。

　　•软件陷阱：

　　(1)未用中断向量

　　指向一个错误处理程序，防止干扰激活未用中断使程序跑飞;

　　(2)在未使用的程序空间，ROM中存储表格后面，程序区重要的子程序之间加入跑飞处理程序：

　　Subroutine: ;子程序

　　RTS

　　NOP

　　NOP

　　B RunAway

　　RunAway: ;跑飞处理子程序

　　RTS

　　•结合软件使用看门狗，见图6：

　　(1)MCU正常工作时，定时给看门狗定时器初始化;(2)当MCU跑飞时，由于没有在看门狗定时周期内初始化，看门狗定时器计数溢出产生复位信号，使MCU复位;(3)看门狗初始化设置：①无中断使用时，主程序循环中初始化看门狗;②使用中断，在中断程序中刷新某一变量，主程序中判断此变量变化情况，进而执行初始化看门狗操作，并初始化此变量;③多个中断的情况，根据相互的关系任选一中断刷新变量，主程序作判断。

　　措施总结

　　• 优化PCB布线：提升抗干扰性能最有效的措施——设计开发优先考虑，优先级最高。

　　• I/O处理:MCU使用的推荐配置——使用推荐配置获得最佳性能。

　　• 软件措施：可以部分解决干扰问题——补救方法，例如量产后降低成本发现的问题，推荐重新考虑前两种方法。