单片机硬件参数设计解析

③ 混合信号PCB的分区设计。第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线。对于实在必须跨区的情况，需要通过，在两区之间加连接高频电容等技术。
④ 通过PCB分层堆叠设计控制EMI辐射。PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧，通过合适的叠层也可以降低EMI。
从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨着电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层＂策略。
⑤ 降低EMI的机箱设计。实际的机箱屏蔽体由于制造、装配、维修、散热及观察要求，其上一般都开有形状各异、尺寸不同的孔缝，必须采取措施来抑制孔缝的电磁泄漏。一般来说，孔缝泄漏量的大小主要取决于孔的面积、孔截面上的最大线性尺寸、频率及孔的深度。
⑥ 其它技术。在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容，可使IC输出电压的跳变来得更快。然而，问题并非到此为止。由于电容呈有限频率响应的特性，这使得电容无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外，电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降，这些瞬态电压就是主要的共模EMI干扰源。为了控制共模EMI，电源层要有助於去耦和具有足够低的电感，这个电源层必须是一个设计相当好的电源层的配对。问题的答案取决于电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常，电源分层的间距是0.5mm（6mil），夹层是FR4材料，则每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。显然，层间距越小电容越大。
5 热设计
电子元件密度比以前高了很多，同时功率密度也相应有了增加。由于电子元器件的性能会随温度发生变化，温度越高其电气性能会越低。
(1)数字电路散热原理
半导体器件产生的热量来源于芯片的功耗，热量的累积必定导致半导体结点温度的升高。随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降，因此芯片厂家都规定了半导体器件的结点温度。在高速电路中，芯片的功耗较大，在正常条件下的散热不能保证芯片的结点温度不超过允许工作温度，因此需要考虑芯片的散热问题。
在通常条件下，热量的传递通过传导、对流、辐射3种方式进行。
散热时需要考虑3种传热方式。例如使用导热率好的材料，如铜、铝及其合金做导热材料，通过增加风扇来加强对流，通过材料处理来增强辐射能力等。
简单热量传递模型：热量分析中引入一个热阻参数，类似于电路中的电阻。如果电路中的电阻计算公式为R=ΔE/I，则对应的热阻对应公式为R=Δt/P（P表示功耗，单位W；Δt表示温差，单位℃）。热阻的单位为℃/W，表示功率增加1W时所引起的温升。考虑集成芯片的热量传递，可以使用图5描述的温度计算模型。
由上所述，可推导出
Tc＝Tj－P× RJC
也就是说，当Tc实测值小于根据数据手册所提供数据计算出的最大值时，芯片可正常工作。
(2)散热处理
为了保证芯片能够正常工作，必须使Tj不超过芯片厂家提供的允许温度。根据Tj=Ta+P×R可知，如果环境温度降低，或者功耗减少、热阻降低等都能够使Tj降低。实际使用中，对环境温度的要求可能比较苛刻，功耗降低只能依靠芯片厂家技术，所以为了保证芯片的正常工作，设计人员只能在降低热阻方面考虑。
结 语
以上提到的高速单片机设计思想和方法，目前已经在国外的公司得到实践和发展，但是国内这方面的研究和实践还很少。该设计思想在我们公司实践、摸索，提高了产品可靠性。在这里推荐给各位同行，期望共同探讨。

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