一部のマイクロコントローラーが他のマイクロコントローラーよりも信頼性が高いのはなぜですか。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無線電子工学と電気工学の百科事典 / マイクロコントローラー

 記事へのコメント

この記事では、開発者が高い信頼性と安全性の要件を満たすアプリケーション用のマイクロコントローラーを選択する際に注意すべきいくつかの側面について考察しています。

販売会社「エルテック」LLCでの専門的な活動の性質上、著者は多くの国内電子機器メーカーとデバイス開発の問題について話し合う必要があります。 これらの議論の中で、ロシアの開発者が問題を解決するために電子市場に出品されているすべてのメーカーのマイクロコントローラーを使用していることが判明しました。 一部のメーカーにとっては、いわゆる「商用」設計のマイクロコントローラーが非常に適しています。 しかし、電子部品を選択する際の最も重要な基準の XNUMX つが信頼性であるメーカーもあります。 まず第一に、これらは医療機器、エレベーター機器、自動車エレクトロニクスの生産分野で働く専門家です。

実験

2006 年、Svey 社の開発者である Mikhail Cherepanov 氏が当社に応募してきました (Svey はロシアの産業用電子機器メーカーです)。

彼の手紙の本文は次のとおりです。「この話は、当社のデジタイザ (MSP430F148IPM で構築) が断続的に「フリーズ」し、電源電圧を取り外して再供給することでリセットされるまで要求に応答しないという顧客からの苦情から始まりました。

「ハング」はインパルス ノイズの存在が原因であるという示唆があります (これは変電所でよく発生します)。 この状況を再現するために、ノイズジェネレーターを作成しました（図1）。

図。 1

テストの結果、コンバーターは次のように変更されました。
1) 水晶振動子の代わりに水晶発振器を搭載。
2) MSP430F148 では同じクォーツで動作し、やはり非効率であることが判明したため、外部ウォッチドッグ タイマーがインストールされています。

その後、クラッシュは発生しなくなりました。

その後、当社の製品は次のとおり EMC テスト (必須の適合宣言の対象となる製品) に合格しました。

• GOST R 51317.4.2。
• GOST R 51317.4.3。
• GOST R 51317.4.4。
• GOST R 51317.4.11。

私自身、使用するマイクロコントローラーの最小要件を決定しました。

1) 干渉発生器テスト。
2) 内部ウォッチドッグ タイマーを使用する場合は、マイクロコントローラーの電源を入れた直後に動作し、独自のジェネレーターによってクロックされる必要があります。
3) ドキュメントは、周辺機器の構成例を含めて「わかりやすく」する必要があります。
4) 利用可能なデバッグ ツールの利用可能性 (200 ドル以内)。
5) USB、イーサネット、TCP が必要な場合は、適切な既製ライブラリが必要であり、できればそれらをサポートする RTOS が必要です。」

そこで私たちのクライアントは助けを求めました 強い電磁場に耐性のあるマイクロコントローラーを選択してください。 電磁環境が非常に厳しい自動車エレクトロニクス分野でこれらのマイコンが広く使用されていることを踏まえ、NECのデバイスを提案しました。

いくつかの評価キットが提出されました。 その後、顧客はスパーク発生器を使ってテストしたいと言いました。 正直なところ、これらのテストがどのようにパスするか少し心配していましたが、このような状況は、高電圧ワイヤの故障が発生した実際の自動車の状況と非常に一致しています。 この場合、電子機器は引き続き正常に動作するはずです。

評価キットはそのようなテスト用に設計されていないため、このテスト方法はかなり大雑把です。 私たちは、この実験には一定のリスクがあり、おそらくそのようなテストの後に「評価者」が失敗する可能性さえあることを理解していました。 しかし、これらのデバイスに関する十分な経験があり、お客様の経験を考慮して、これらのデバイスは適切に製造されており、期待どおりに動作すると判断しました。

XNUMX つの評価キットを提供しています。

• 少ないピン数 - Do it! は 8 ビット UPD78F9222 上に構築されています。
• EB-V850ES/HG2-EEは32ビットUPD70F3707ベース。

スパーク放電は評価キットのすぐ近くで実行されました。

テストプロセスは、図 2 に概略的に示されています。 XNUMX.

図。 2

どちらの評価キットも、火花が 5 cm 近く離れている場合でも、問題なく動作しました。お客様は、この方法で 10 種類以上の異なる評価キットをテストしたと報告しました。 私たちは彼にこれらの実験の結果を提供するよう依頼しました。 さらに、それらはコメントなしで「現状のまま」提供されます。

しばらくして、顧客は別の、より「野蛮な」実験を行ったと言えるかもしれません。 しかし、彼の結果も興味深いものです。 彼は作動中の水晶発振器の端子を手で触った。 このような条件下では、外部ジェネレーターからクロック供給されるリストされたすべてのマイクロコントローラーのうち、動作したのは uPD70F3707 (NEC) の 70 つだけでした。 ただし、公平を期すために、デモ プログラムに触れると、実行速度が著しく低下することに注意してください。 uPD3707FXNUMX マイコンのこの「動作」の理由は後で説明します。

V850ES/HG2 ファミリ (uPD70F3707 マイクロコントローラが属する) がなぜそれほど「粘り強い」ことが判明したのかを理解してみましょう。 いくつかの周辺ノードを注意深く検討すると、すべてが徐々に適切な位置に収まります。

ウォッチドッグ タイマーとクロック ジェネレーター

当社のクライアントが遭遇した問題は、強い電磁干渉にさらされると水晶発振器の生成が中断される可能性があるという事実と、MSP430F148 マイクロコントローラーのウォッチドッグ タイマーが同じ基準発振器からクロック供給されるため、基準発振器が発振器に影響を与えると発生することが原因でした。が停止すると、ウォッチドッグ タイマーはマイクロコントローラーを「ウェイクアップ」できなくなります [1]。

この状況を防ぐために、すべての NEC マイクロコントローラでは、ウォッチドッグ タイマーが別の内部リング オシレータからクロック供給されます。 リング ジェネレーターは、850 つのインバーターの出力が次のインバーターの入力に送られるように、リング状に接続された奇数個のインバーターです。 リングジェネレーターの生成を中断することは事実上不可能です。 NEC VXNUMX ファミリのすべてのマイクロコントローラでは、プロセッサ コアは追加の内蔵リング オシレータから起動され、水晶発振器が起動したことを確認した後でのみ、クロックを「クォーツ」に切り替えることができることに注意してください。

クロックモニター (時計 モニター)

クロックモニタは、外部水晶発振器を使用したクロック発振器の生成を監視します。 生成に失敗した場合、内部リセット信号 RESCLM が生成され、フラグ RESF.CLMRF[2]がセットされます。 リセット モードを終了した後、マイクロコントローラーはこのフラグを分析し、外部クロック ジェネレーターに問題があることを「理解」し、その後コアが内部クロック ジェネレーターの 1 つから起動されます。 ファミリによっては、2 つまたは XNUMX つの発振器がある場合がありますが、その周波数は、原則として、外部共振器を使用する発振器の周波数よりも常に低くなります。

そのため、指で触れた後も uPD70F3707 マイクロコントローラーは動作し続けましたが、すでにはるかに「遅くなった」と Sway 社の Mikhail Cherepanov 氏は述べています。

興味深いのは、このデバイスが多かれ少なかれ他のマイクロコントローラーに実装されていることです。 ただし、使用するクロックがフラッシュのプログラミング中に設定され、ソフトウェアで変更できない場合は、上記の代替内部発振器起動シナリオを実装できません。

V850ES/Hx2 ファミリに加えて、このノードには、モータ制御アプリケーション (V850E/IA3、IA4、IF3、IG3、V850ES/IK1、IE2)、自動車ダッシュボード (V850E/Dx3)、オンプレミス向けに特別に設計されたファミリもあります。 CAN インターフェイスを備えたボード エレクトロニクス (V850ES/Sx2、Sx2-H、Sx3、Fx2、Fx3、Fx3-L)、および V850ES/Kx1+、J×2、J×3、J×3-L、H×2、および H×3。

他の一部のマイクロコントローラー (通常は 8 ビットと 16 ビット) では、NEC エンジニアはクロック モニターの代わりにウィンドウ ウォッチドッグ タイマーを使用していることに注意してください。 動作原理はまったく異なりますが、この周辺デバイスはクロック モニターと同じ目的に使用できます。つまり、「外部」基準発振器クロックの消失を監視し、マイクロコントローラーを内部基準発振器クロックに切り替えることができます。発振器。

パワーレールの分離

前述のすべての 32 ビット NEC マイクロコントローラと、多くの 8 ビット マイクロコントローラには、内部周辺機器、プロセッサ コア、および I/O ポート回路用に個別の電源レールがあります。 図上。 図３および図４は、そのような分割を概略的に示す。

図。 3

図。 4

コア電源バスと I/O ポートを適切にデカップリングすると、I/O ポートに誘導されたノイズが周辺機器およびコア電源回路に入らず、電磁耐性 (EMS) が向上します。

したがって、たとえば、どちらのリスト (表 1、2) にも、AWP コアを備えたマイクロコントローラーが含まれています。

表 1. 評価キットはテスト中に問題なく動作しました

表 2. テスト時にテスト プログラムに障害が発生した評価キット

ADUC7026BSTZ62 マイクロコントローラは障害なく動作しましたが、NXP の APM コア (LPC2148) を搭載したマイクロコントローラは「ブラック リスト」に入りました。 コア、周辺デバイス、および I/O ポートの電源回路を調べると、同様に火花に対して「耐えた」アナログ デバイセズのマイクロコントローラ [3] も、V850ES/Hx2 と同様の電源構造を持っていることがわかります。 NECから。 つまり、コアと I/O ポートの電源バスが分離されます (図 5、6)。

図。 5

図。 6

LPC2148FBD64 [4] を作成する際、NXP のエンジニアは、アナログ電源回路とデジタル電源回路の分離のみに限定しました (図 7)。

図。 7

AT90CAN32/64/128 などの車載アプリケーション向けに宣伝されているマイクロコントローラーでも、 ATmega164P/324P/644PおよびATmega32M1/64M1/32C1/64C1では、I/Oポート電源レールとコア電源レールの分離は提供されていません。 その結果、重要なアプリケーションの I/O 回路に沿って誘発される干渉による障害の可能性が高まります。

Mikhail 氏が説明した開発で使用された MSP430F148 マイクロコントローラーも、コアの電源レールと I/O ポートが分離されていません。

もう 24 つの非常に人気のあるチップ メーカーである Microchip を思い出してください。 このメーカーのマイコンでは研究が行われていませんが、電源バスの分離という観点から見ると、ある意味I/Oポートと周辺デバイスのデカップリングという概念がPIC64FJ128GAにも実装されています。 /256GA/8GAファミリー。 図上。 図7026は、VDDCOREコアとVDD I/Oポートの電源回路が分離されていることを示しています。 ただし、VSS 共通ワイヤは、これら 850 つの電源回路に対して電気的に絶縁されていないままでした。 予備的な見積もりによると、これらのマイクロコントローラのノイズ耐性は、ADI の ADUCXNUMX や NEC の VXNUMX よりも低くなります。

図。 8

スペクトラム拡散クロックジェネレータ (SSCG)

スペクトラム拡散クロックジェネレータの使用の可能性にも注意を払う必要があります。 このような発電機は周波数変調された発振を行います。 周波数変調の影響下で、調和振動発生器の特性である「ピーク」周波数応答が「汚れ」、「シェルフ」に変わります。 SSCG信号の周波数変調の深さと周期を変更できます。 NEC の V850E / ME2、Dx3、V850ES / Hx3、Fx3、V850E2 / ME3 ファミリのマイクロコントローラには、このようなジェネレータが備わっています。 このアプリケーションにより、ジェネレータが発する電磁放射 (EME) を 10 dB 以上削減でき、その結果、クロック ジェネレータの周波数での外部電磁干渉 (EMS) に対する感度を下げることができます (図 9)。

図。 9,10

PLL回路の応用

EMS を低減するもう 10 つの方法は、PLL ベースの周波数シンセサイザーを使用することです。 図上。 図１０は、水晶共振器の端子に誘導されたスプリアス高周波信号が、ＰＬＬのローパスフィルタを通過する際にフィルタリングされることを示している。 図上。 図 11 は、PLL を使用したときにマイクロコントローラーの EMS がどの程度改善されるかを評価できるデータを示しています。

図。 11

供給電圧

電源電圧が高くなるほど、マイクロプロセッサ回路のノイズ耐性が高くなることがわかります。 また、電源電圧が低いほど、マイクロコントローラーの「ノイズ」が少なくなるのも事実です。 そのため、「ブラック リスト」に載っている NXP の LPC2129 [5] と Atmel の AT91SAM7S128 [6] には、コア電源バスと I/O ポート電源バスの必要なデカップリングが施されています。 ただし、コア電源電圧 (1,8 V) が低すぎると、このマイクロコントローラーのノイズ耐性に悪影響を及ぼします。

場合によっては、3 ボルトと 5 ボルトのロジックを「リンク」する必要があります。 この場合、さまざまなレベルの論理信号に対する入出力ポートの耐性、つまり、マイクロコントローラのコアと周辺デバイスの一定の電源電圧で入出力ポートのさまざまな電圧をサポートするマイクロコントローラの能力[7] ］（図12）。

図。 12

チップメーカーのサポートには、PCB 配線の推奨事項、マイクロコントローラー配線に関連するチップメーカーの PCB 領域の分析、および電磁両立性 (EMC) を改善するための提案を含む追加コンポーネント (図 13)、電磁放射 (EME) に関する資料などのリソースが含まれる場合があります。マイクロコントローラー [8] (販売代理店からの要求に応じて提供されます)。 図上。 図 14 は、EMC に関する研究を行う NEC の研究所を示しています [8]。 その特徴は、電磁放射源から離れた山の高いところに設置する必要があることです。

図。 13

図。 14

販売代理店のサポートには、テスト用のサンプルと評価キットの提供、技術サポート、その他のサービスが含まれます。 場合によっては、上に示したように、ディストリビューターはプロジェクトを進めるためにリスクを負います。 原則として、ディストリビュータとのより「密な」作業は、最終的な開発者と製造者にとって常に有益です。

表 3 に、高い信頼性要件が求められるアプリケーションでの使用に推奨される NEC マイクロコントローラ ファミリと、これらのマイクロコントローラで構築されたデバイスの信頼性を評価できるいくつかの特性を示します。

表 3. NEC エレクトロニクス マイクロコントローラの一部のファミリの信頼性に影響を与えるパラメータ

まとめ

責任のあるアプリケーションのためのマイクロコントローラーの選択に関連する主な側面が考慮されます。 記事に記載されているかなり「厳しい」方法論に従って実行されたテストにより、読者は、開発中のデバイスの信頼性要件と受け取ったサービスを考慮して、アプリケーション用のマイクロコントローラーを選択する問題を解決できます。開発中とその後の生産段階のすべてにおいて。

Sway 社は、新しい開発の 8 つとして、NEC エレクトロニクス製の 78 ビット マイクロコントローラー UPD9212FXNUMXGR を使用しました。

文学

1 focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f148.pdf
2. eu.necel.com/_pdf/U17718EJ2V0UD00.PDF
3. analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADUC7019_7020_7021_7022_7024_7025_7026_7027_7028.pdf
4. nxp.com/acrobat_download/datasheets/LPC2141_42_44_46_48_3.pdf
5. nxp.com/acrobat_download/datasheets/LPC2109_2119_2129_6.pdf
6.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc6175.pdf
7. eu.necel.com/_pdf/U17830EE1V0UM00.PDF
8. 資料は、ご要望に応じて NEC エレクトロニクス (necel.com) から入手できます。

著者: Gennady Goryunov、gennady.gr@eltech.spb.ru; 出版物: cxem.net

他の記事も見る セクション マイクロコントローラー.

読み書き 有用な この記事へのコメント.

<<戻る

科学技術の最新ニュース、新しい電子機器：

タッチエミュレーション用人工皮革 15.04.2024

距離を置くことがますます一般的になっている現代のテクノロジーの世界では、つながりと親近感を維持することが重要です。ドイツのザールランド大学の科学者らによる人工皮膚の最近の開発は、仮想インタラクションの新時代を象徴しています。ドイツのザールラント大学の研究者は、触覚を遠くまで伝えることができる超薄膜を開発した。この最先端のテクノロジーは、特に愛する人から遠く離れている人たちに、仮想コミュニケーションの新たな機会を提供します。研究者らが開発した厚さわずか50マイクロメートルの極薄フィルムは、繊維に組み込んで第二の皮膚のように着用することができる。これらのフィルムは、ママやパパからの触覚信号を認識するセンサーとして、またその動きを赤ちゃんに伝えるアクチュエーターとして機能します。保護者が布地に触れるとセンサーが作動し、圧力に反応して超薄膜を変形させます。これ ... >>

Petgugu グローバル猫砂 15.04.2024

ペットの世話は、特に家を清潔に保つことに関しては、しばしば困難になることがあります。 Petgugu Global のスタートアップ企業から、猫の飼い主の生活を楽にし、家を完璧に清潔で整頓された状態に保つのに役立つ、新しい興味深いソリューションが発表されました。スタートアップの Petgugu Global は、糞便を自動的に流し、家を清潔で新鮮に保つことができるユニークな猫用トイレを発表しました。この革新的なデバイスには、ペットのトイレ活動を監視し、使用後に自動的に掃除するように作動するさまざまなスマートセンサーが装備されています。この装置は下水道システムに接続されており、所有者の介入を必要とせずに効率的な廃棄物の除去を保証します。また、トイレには大容量の水洗トイレがあり、多頭飼いのご家庭にも最適です。 Petgugu 猫砂ボウルは、水溶性猫砂用に設計されており、さまざまな追加機能を提供します。 ... >>

思いやりのある男性の魅力 14.04.2024

女性は「悪い男」を好むという固定観念は長い間広まっていました。しかし、モナシュ大学の英国の科学者によって行われた最近の研究は、この問題について新たな視点を提供しています。彼らは、男性の感情的責任と他人を助けようとする意欲に女性がどのように反応するかを調べました。この研究結果は、男性が女性にとって魅力的な理由についての私たちの理解を変える可能性がある。モナシュ大学の科学者が行った研究により、女性に対する男性の魅力に関する新たな発見がもたらされました。実験では、女性たちに男性の写真と、ホームレスと遭遇したときの反応など、さまざまな状況での行動についての簡単なストーリーを見せた。ホームレス男性を無視する人もいたが、食べ物をおごるなど手助けする人もいた。ある研究によると、共感と優しさを示す男性は、共感と優しさを示す男性に比べて、女性にとってより魅力的であることがわかりました。 ... >>

アーカイブからのランダムなニュース ミラー付きオートバイのヘルメット 01.03.2004 イギリスの会社「Rivu」は、オートバイの後ろにあるものを見ることができるレンズとミラーのシステムを内蔵したオートバイのヘルメットの製造を開始しました。 すべての光学系は、軽量で壊れにくいプラスチックでできています。 後頭部のレンズは、バイザーの下に隠されたミラーに画像を送ります。 背後で何が起こっているかを見るには、見上げるだけで十分です。 新しいヘルメットは通常のものより重くありません。

その他の興味深いニュース:

▪ SHARP DV-HRW30 - VHS VCR、DVD、HDDレコーダー

▪ ヨーグルト菌が薬剤耐性菌を撃退

▪ Epson Perfection プロフェッショナル フラットベッド スキャナー

▪ スイカ燃料

▪ 壁越しに人を認識する

科学技術、新しいエレクトロニクスのニュースフィード

無料の技術ライブラリの興味深い資料:

▪ サイトの「マイクロコントローラー」セクション。 記事の選択

▪ 記事 偉大なパンは死んだ! 人気の表現

▪ スター・ウォーズ映画の日が 4 月 XNUMX 日に祝われるのはなぜですか? 詳細な回答

▪ 記事 普通のカッター。 伝説、栽培、応用方法

▪ 記事 電流。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

▪ 記事 高安定精密抵抗器 PANASONIC 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

この記事にコメントを残してください：

このページのすべての言語

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

ホームページ | 図書館 | 物品 | サイトマップ | サイトレビュー

www.diagram.com.ua
2000-2024