Защита МК от помех, Совсем для начинающих Опции

[Krik99]

Добрый день. Начал я тут разробатыать устройство, которое вроде как должно подходить под стандарт промышленной электроники (3-ч фазные двигатели, эл. магнитные клапана и т.д.). Сердцем всего этого должен быть МК. Программу написать не проблема, но вот погуглив увидел что у многих разработчиков возникает проблемма с зависанием МК. Сам такое наблюдал в устройстве, где через делитель снималось с силовой цепи 220в сигнал контроля. Так вот на 5-20 раз особенно когда быстро переключал можно было перезагрузить МК. Решил все это конденсатором паралельно контактам кнопки, но так и не понял почему в стеральной машине ведётся контроль подобным образом после контактов реле и все нормально.
Мое устройство питается от 24В (от этих 24В включаются клапана и пускатели). На входе платы стоит TVS диод (или варистор) и дросель с двумя обмотками. Скоростных линий не предвидится, максимум i2c. Имеется rs485.
Так вот погуглив наткнулся на книгу Г. Отта И вот сообственно хочу спросить вас, правильно ли я все понял. И так начнем:
1. Норамльной помехоустойчивости нереально добится на односторонней плате
2. Блокировочный конденсатор нужно ставить как можно ближе к выводам микросхем
3. Кварц нужно разводить согласно рекомендациям производителя
4. На двухсторонних платах одна их сторон должна быть землей (либо в виде сетки с мелкими ячейками)
5. На длинных и шумных линиях (типо катушка клапана на 24в) нужно ставить феритовое кольцо(мелкое такое) или это только на входные линии?
6. Под линиями питания на обратной стороне обязательно должна быть земля
7. От наносекундных помех не спасают даже оптотроны, но помагают резисторы в разрыв порта ввода-вывода в гашении помех
8. Необходимо использовать большое количество переходных отверстий между землеными полигонами
9. Пустые места должны быть заполнены земляными полигонами
10. Не создовать земляные петли вокруг платы
11. Индуктивность проводников питания должна быть минимальна(широкие проводники с большим количеством переходных отверстий)

Ещё возникли вопросы:
1. Как я понял земляной слой разрывать можно, но над разрывами нельзя пропускать линии питания?
2. Разводить питание можно цепочкой(DC-DC -> микроконтроллер -> часы -> логика и т.д.) или нужны отдльные линии от каждой микросхемы?
3. С точки зрения помех, если мне необходимо включать катушки клапанов на растоянии до 1.5м ,нужно ли использовать реле, или всёже нужно перейти на MOSFET?
4. Немного не понял с чистой и грязной землей, тоесть что куда подключать?
5. Что если земленой полигон получился с обеих сторон?
6. Нужно ли соединять минус питания 24в с заземлением щита, так как в книге пишут что часто земля является источником помех?
7. Есть ли смысл использования изолированого острова земли (для микроконтроллера), которая соединена с остальной землей через фиритовое кольцо либо тонкую дорожку?
8. Если входные\выходные кабеля являются источниками помех (common-mode noise), то зачем их фильтры подключать к "чистой" земле, но не к цифровой? При чем именно эта чистая земля должна быть подключена к корпусу устройства. Это подключение в любом случае или если корпус заземлен? И нужна ли такая чистая земля при использовании оптопар?
9. И как быть с rs485? По входным линиям там стоят TVS диоды. Но у 485 есть 3 провода и еще экран. Куда и как подключать экран, если сами драйвера и их питания планируется подключить через изолированый dc-dc и оптопары? При чем как я понял из книги, TVS диоды сигнальных линий должны быть соеденены именно на корпус устройства.

[@Ark]

Добрый день. Начал я тут разрабатывать устройство, которое вроде как должно подходить под стандарт промышленной электроники (3-х фазные двигатели, эл. магнитные клапана и т.д.). Сердцем всего этого должен быть МК. Программу написать не проблема, но вот погуглив увидел что у многих разработчиков возникает проблема с зависанием МК. Сам такое наблюдал в устройстве, где через делитель снималось с силовой цепи 220в сигнал контроля...

Проблема возникает, как правило, у разработчиков, которые не имеют достаточного опыта применения МК в силовой аппаратуре. По мере его накопления - проблема обычно исчезает. От слова - совсем. Нарабатываются определенные стереотипы (часть из которых вы перечислили) - что и как можно делать, а как нельзя. Но лучше, конечно, знать и понимать, что за этими стереотипами стоит. Оставляя в стороне вопрос помехоустойчивости входных/выходных сигналов, попробуем сформулировать, что именно может привести к сбою (сбросу) МК в силовых схемах:

1) На первом месте - проблемы с питанием МК. Просадки и подъемы напряжения питания, в том числе, очень кратковременные, импульсные (порядка 1мкс и менее). На них может срабатывать встроенный детектор пониженного/повышенного напряжения питания в МК, что приводит к его сбросу. На очень короткие, наносекундные выбросы детектор может не срабатывать, но от этого не легче. Если эти импульсы ("иголки") выходят по амплитуде за разрешенный диапазон питания, то их постоянное воздействие может, со временем, привести к выходу МК из строя. Да и остальным компонентам схемы это, как минимум, не полезно. Лечится все это фильтрами на питании, правильной разводкой питания и земли, разделением цифровой и аналоговой земли при разводке. В тяжелых случаях - гальванической развязкой цифровой и аналоговой (силовой) части схемы.

2) Наводки на специальные служебные выводы МК, которые используются для аппаратного сброса, перехода в режимы программирования, отладки и т.п. Даже короткие импульсные помехи на таких выводах могут легко перевести ваш МК в режим сброса или какой-то специальный режим (программирования, отладки), что будет восприниматься вами как "зависание". Рецепт здесь простой - уделять должное внимание таким выводам при разработке схемы, фиксировать уровни на них аппаратным и/или программным способом, защищать от помех. И, уж, ни в коем случае не бросать эти выводы никуда не подключенными, в третьем состоянии, понадеявшись на встроенные "подтяжки" (если они есть).

3) Нужно обязательно рассматривать и анализировать не только рабочие режимы устройства, но и, отдельно, процессы включения и выключения устройства (подачи/снятия питания). МК, в отличие от многих других элементов схемы, приходит в рабочее состояние не сразу после появления нужного уровня питания, а с некоторой задержкой - от нескольких микросекунд до десятков миллисекунд, в отдельных случаях. А после отключения питания прекращает работу первым - по снижению питания ниже разрешенного уровня. До и после - МК находится в состоянии сброса, хотя напряжение на схеме уже (или еще) есть. И все это время ваша схема остается без управления МК, в том числе и ее силовая часть.

4) Для многих МК является критичной скорость нарастания напряжения питания при включении. Этот параметр стоит поискать в даташите. Слишком медленное (или слишком быстрое) нарастание напряжения питания может привести к тому, что МК не стартует, остается в состоянии сброса. Это актуально, когда, например, на питании стоят электролиты большой емкости. Лечится специальными отдельными схемами сброса.

5) Паразитное питание МК через защитные диоды входов/выходов, подключенных к внешним датчикам или интерфейсам устройства. Они могут иметь отдельное питание, либо оно может появляться раньше, а пропадать позже, чем основное питание МК. В результате, МК может попытаться стартовать раньше времени, или попытаться продолжить работу после отключения основного питания за счет этой паразитной запитки. В частности, паразитная запитка может "испортить" нужную скорость нарастания напряжения питания при старте. Лечится правильной схемотехникой. Главное не забывать по эту возможную проблему.

----
P.S. Пока все, что удалось вспомнить.