CN108470012B - 用于静电防护外扩总线滤波器、片上系统及静电防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于静电防护外扩总线滤波器、片上系统及静电防护方法，本滤波器适于连接外扩总线，以滤除低频纹波干扰；本发明的滤波器，以及使用该滤波器的片上系统和静电防护方法，能够有效的实现系统对静电的防护，避免系统发生频繁重启的现象，进而提高系统稳定性，通讯数据准确性以及抵抗静电、高低频电磁场干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于低压嵌入式控制系统或电力电子领域，具体涉及一种用于静电防护外扩总线滤波器、片上系统及静电防护方法。
背景技术
目前市场上在工业邻域中，PLC还是首选控制器，原因除了开发周期短，软件实现方便，最主要的原因便是PLC性能稳定，故障率低且其抗干扰能力很强。但随着电力电子技术的发展，片上系统逐渐向工业领域渗透，目前已有很多领域替代了PLC的应用，如电梯、自动化产线以及工业MES系统等应用领域。
但是片上系统也存在不可忽视的缺点，比较明显的是目前嵌入式开发系统抗干扰能力较弱，工业现场故障率高。
为了克服由于工业现场条件恶劣，情况复杂造成的故障发生；通常采用定制的soc，但是定制的soc量产成本高，维护成本高，且各家之间的互通性低，大大限制了行业的发展，随着工业4.0对互联互通的要求，通用型soc在互通性和低成本方面有着非常高的优势，但通用型soc对工业现场应用的适应能力相比定制性soc要有所欠缺，最典型的就是在高压静电下的抗干扰能力不足。因此，在设计基于通用型soc的工业应用电路时需要对静电干扰进行优化设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于静电防护外扩总线的滤波器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种滤波器，所述滤波器适于连接外扩总线，以滤除低频纹波干扰。
进一步，所述滤波器包括：若干陶瓷贴片电容，且各陶瓷贴片电容适于旁路在总线各连线处；且
各陶瓷贴片电容的电容值均在27pF-100pF。
进一步，所述陶瓷贴片电容的电容值选为33pF或47pF。
又一方面，本发明还提供了一种片上系统，以克服由于静电干扰造成片上系统频繁重启的技术问题。
所述片上系统包括：
主控核心板和功能拓展板；其中
所述主控核心板适于通过其内设的总线外部扩展电路与功能拓展板相连，以及
在总线外部扩展电路的外扩总线上均设有滤波器。
进一步，所述总线外部扩展电路包括：与处理器模块相连的第一、第二隔离模块；其中
所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；
每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波。
进一步，所述处理器模块的INSERT端、RESET端、ENABLE端和串口端也均对地连接有陶瓷贴片电容。
第三方面，本发明还提供了一种静电防护方法，以克服片上系统由于静电干扰造成频繁重启的技术问题。
所述静电防护方法包括：在主控核心板中的总线外部扩展电路中连接有滤波器，以滤除低频纹波干扰。
进一步，所述滤波器包括：若干陶瓷贴片电容，且各陶瓷贴片电容适于旁路在总线各连线处；且
各陶瓷贴片电容的电容值均在27pF-100pF。
进一步，所述总线外部扩展电路包括：第一、第二隔离模块；其中
所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；
每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波。
本发明的有益效果如下：本发明的滤波器，以及使用该滤波器的片上系统和静电防护方法，能够有效的实现系统对静电的防护，避免系统发生频繁重启的现象，进而提高系统稳定性，通讯数据准确性以及抵抗静电、高低频电磁场干扰能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的片上系统的原理框图；
图2a是本发明的片上系统中第一隔离模块的电路原理图。
图2b是本发明的片上系统中第一隔离模块的各数据输出端所接一组滤波器的电路原理图。
图2c是本发明的片上系统中第一隔离模块的各数据输出端所接另一组滤波器的电路原理图。
图3a是本发明的片上系统中第二隔离模块的电路原理图。
图3b是本发明的片上系统中第二隔离模块对应的各控制输出端所接的一组滤波器的电路原理图。
图3c是本发明的片上系统中第二隔离模块对应的各地址输出端所接的另一组滤波器的电路原理图。
图4是本发明的片上系统中处理器模块的INSERT端、RESET端、ENABLE端和串口端所接滤波器的电路原理图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本实施例提供了一种滤波器。
所述滤波器适于连接外扩总线，以滤除低频纹波干扰。
在本实施例中，由于信号线比较多也比较密，因此所述滤波器可以选用若干对地连接的陶瓷贴片电容，例如但不限于25V的0402陶瓷贴片电容，各陶瓷贴片电容适于旁路在总线各连线处；且各陶瓷贴片电容的电容值均在27pF-100pF。
利用片上系统对本滤波器进行静电测试，本片上系统的原理框图见图1所示，在本片上系统中干扰信号主要是空间辐射到扩展总线上，干扰信号源头以及传播通道无法改变，在现有技术中目前也未发现很好的方法来消除干扰信号。
本实施例需要提高敏感元件的抗干扰能力，在扩展总线中加入适于对干扰信号的滤波器；但是由于总线信号的频率较高，因此，必须采用高频滤波电路。
本片上系统采用增加旁路滤波电容方法，将高频信号通过滤波电容直接导入信号地，有效降低了进入片上系统中处理器模块的高频信号干扰，保障了片上系统的稳定运行。
陶瓷贴片电容的电容值的选取为了考虑有效信号不受影响，通过防静电实验发现当电容值超过510pF时，片上系统的有效信号发生较大畸变，外扩功能不能正常工作，故电容值适宜在100pF内选取；并且电容值不能过小，否则无法滤除能量较大静电空间辐射，并且结合考虑电容的自谐振频率，电容值过小会造成对超过自谐振频率的干扰信号的滤波作用大大降低。
因此，将电容值限定在27pF-100pF时能够有效抑制静电干扰，本系统考虑到电容误差以及温度系数，最终选取33pF或47pF电容。
通过片上系统的多次静电测试，均能够避免系统发生频繁重启的现象，保证片上系统正常工作。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2提供了一种片上系统。
请参见图1，所述片上系统包括：主控核心板和功能拓展板；其中所述主控核心板适于通过其内设的总线外部扩展电路与功能拓展板相连，以及在总线外部扩展电路的外扩总线上均设有滤波器。
所述滤波器可以采用如实施例1所述滤波器，关于本滤波器的具体参数设定，具体详见实施例1内容，此处不再赘述。
参见图2a至图4，所述总线外部扩展电路包括：与处理器模块相连的第一、第二隔离模块；其中所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波。
在本实施例中，所述第一、第二隔离模块均可以但不限于采用SN74LVC系列芯片，所述滤波器可以采用四个陶瓷贴片电容为一组设置，针对数据信息的滤波器如图2b、图2c，针对地址信息和控制信息的滤波器如图3b、图3c所示。
在本实施例中，所述处理器模块可以选用AT91SAM9G25处理器芯片，其INSERT端、RESET端、ENABLE端和串口端也均对地连接有陶瓷贴片电容，所接电路图如图4所示，其中INSERT端、RESET端、ENABLE端分别对应PD6端、PD8端和PD12端，串口端对应PC17端和PC16端。
本片上系统通过增加如实施例1所述的滤波器后，经过空气放电15000V，接触放电8500V，测试2个小时以上，本片上系统未出现重启现象。
实施例3
在实施例1和实施例2基础上，本实施例还提供了一种静电防护方法。
具体的，在主控核心板中的总线外部扩展电路中连接有滤波器，以滤除低频纹波干扰。
所述滤波器可以采用如实施例1所述滤波器，关于本滤波器的具体参数设定，具体详见实施例1内容，此处不再赘述。
所述总线外部扩展电路包括：第一、第二隔离模块；其中所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波。
因此，本发明通过在外扩总线上增加滤波电路，以达到增强系统通讯准确性，防止静电、高低频电磁辐射干扰，最终达到增强系统稳定性，使得低压控制系统方便应用于环境复杂的工业现场。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种用于工业现场的滤波器，其特征在于，
所述滤波器适于连接外扩总线，以滤除低频纹波干扰；
所述滤波器包括：若干陶瓷贴片电容，且各陶瓷贴片电容适于旁路在总线各连线处；且
所述陶瓷贴片电容的电容值选为47pF。
2.一种片上系统，其特征在于，包括：
主控核心板和功能拓展板；其中
所述主控核心板适于通过其内设的总线外部扩展电路与功能拓展板相连，以及
在总线外部扩展电路的外扩总线上均设有滤波器；
所述滤波器适于采用如权利要求1所述的滤波器；
所述总线外部扩展电路包括：与处理器模块相连的第一、第二隔离模块；其中
所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；
每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波；
所述处理器模块的INSERT端、RESET端、ENABLE端和串口端也均对地连接有陶瓷贴片电容。
3.一种静电防护方法，其特征在于，
在主控核心板中的总线外部扩展电路中连接有滤波器，以滤除低频纹波干扰，避免系统发生频繁重启的现象；
所述滤波器包括：若干陶瓷贴片电容，且各陶瓷贴片电容适于旁路在总线各连线处；且
各陶瓷贴片电容的电容值均在47pF；
所述总线外部扩展电路包括：第一、第二隔离模块；其中
所述第一隔离模块适于对数据信息进行隔离，所述第二隔离模块适于对地址信息和控制信息进行隔离；
每个陶瓷贴片电容均分别连接在第一、第二隔离模块的各输出端，以对各路数据信息、各路地址信息和各路控制信息分别进行低频滤波。
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