一(yī)、接口(kǒu)電(diàn)路(lù)是(shì)電(diàn)路(lù)中與(yǔ)用(yòng)戶或(huò)者(zhě)外(wài)界媒介進(jìn)行交互的(de)部(bù)分(fēn)，是(shì)內(nèi)部(bù)核心(xīn)敏感(gǎn)電(diàn)路(lù)和(hé)外(wài)部(bù)設備進(jìn)行信(xìn)息交互的(de)橋(qiáo)梁(liáng)。接口(kǒu)電(diàn)路(lù)一(yī)般分(fēn)为(wèi)輸入接口(kǒu)電(diàn)路(lù)和(hé)輸出(chū)接口(kǒu)電(diàn)路(lù)两(liǎng)種(zhǒng)。接口(kǒu)電(diàn)路(lù)的(de)防護設計(jì)就(jiù)是(shì)为(wèi)了(le)隔離外(wài)部(bù)危險的(de)信(xìn)号(hào)，防止外(wài)部(bù)干擾信(xìn)息進(jìn)入系(xì)統內(nèi)部(bù)核心(xīn)敏感(gǎn)電(diàn)路(lù)，從而(ér)造成(chéng)內(nèi)部(bù)電(diàn)路(lù)的(de)永久損壞。
二、接口(kǒu)電(diàn)路(lù)的(de)分(fēn)類(lèi)：電(diàn)源接口(kǒu)、网(wǎng)絡接口(kǒu)、外(wài)殼(ké)接口(kǒu)、串行通信(xìn)接口(kǒu)、並(bìng)行通信(xìn)接口(kǒu)、下(xià)载(zài)電(diàn)路(lù)接口(kǒu)等。
三(sān)、接口(kǒu)電(diàn)路(lù)的(de)防護處(chù)理(lǐ)包(bāo)括：接口(kǒu)濾波(bō)、ESD防護、防雷(léi)防浪湧、防反(fǎn)接、緩启動(dòng)、热(rè)拔插等。
1. 网(wǎng)絡接口(kǒu)設計(jì)：
一(yī)般在(zài)PHY芯片(piàn)和(hé)外(wài)部(bù)RJ45接插件(jiàn)之(zhī)間(jiān)都需要(yào)一(yī)个网(wǎng)口(kǒu)變(biàn)壓器和(hé)共(gòng)模扼流圈。
网(wǎng)口(kǒu)變(biàn)壓器的(de)作(zuò)用(yòng)：
(1)可(kě)以(yǐ)增強(qiáng)信(xìn)号(hào)，使其(qí)傳輸距離更(gèng)遠(yuǎn)。
(2)使PHY芯片(piàn)與(yǔ)外(wài)部(bù)進(jìn)行有(yǒu)效隔離，使其(qí)抗外(wài)部(bù)干擾能(néng)力增強(qiáng)(例如(rú)防雷(léi)擊等)。
(3)當不(bù)同(tóng)的(de)PHY芯片(piàn)的(de)電(diàn)平不(bù)匹(pǐ)配时(shí)(例如(rú)有(yǒu)的(de)PHY芯片(piàn)为(wèi)2.5V，有(yǒu)的(de)为(wèi)3.3V)，起(qǐ)到(dào)電(diàn)平匹(pǐ)配的(de)作(zuò)用(yòng)。
网(wǎng)口(kǒu)變(biàn)壓器的(de)中心(xīn)抽头(tóu)設計(jì)：與(yǔ)PHY芯片(piàn)的(de)類(lèi)型有(yǒu)關(guān)，具體(tǐ)詳見(jiàn)PHY芯片(piàn)的(de)datasheet。
(1)如(rú)果(guǒ)PHY芯片(piàn)的(de)驅動(dòng)類(lèi)型为(wèi)電(diàn)流驅動(dòng)類(lèi)型的(de)，變(biàn)壓器的(de)中芯抽头(tóu)用(yòng)一(yī)个0.1uF的(de)電(diàn)容接到(dào)GND即可(kě)。
(2)如(rú)果(guǒ)PHY芯片(piàn)的(de)驅動(dòng)類(lèi)型为(wèi)電(diàn)壓驅動(dòng)類(lèi)型的(de)，變(biàn)壓器的(de)中芯抽头(tóu)接到(dào)VCC即可(kě)。
2. 下(xià)载(zài)電(diàn)路(lù)接口(kǒu)設計(jì)：
一(yī)般FPGA/ARM采用(yòng)的(de)程序下(xià)载(zài)接口(kǒu)都是(shì)JTAG接口(kǒu)。JTAG接口(kǒu)是(shì)經(jīng)常使用(yòng)的(de)一(yī)類(lèi)下(xià)载(zài)程序的(de)接口(kǒu)，而(ér)且(qiě)也(yě)是(shì)一(yī)類(lèi)經(jīng)常带電(diàn)拔插的(de)接口(kǒu)，而(ér)带電(diàn)拔插会(huì)不(bù)可(kě)避免地(dì)産生(shēng)一(yī)些静(jìng)電(diàn)或(huò)浪湧電(diàn)流，因(yīn)此(cǐ)如(rú)果(guǒ)不(bù)采取(qǔ)一(yī)些防護措施，极易因(yīn)为(wèi)ESD静(jìng)電(diàn)放(fàng)射而(ér)擊穿JTAG相關(guān)引腳(jiǎo)，甚至(zhì)損害CPU內(nèi)部(bù)核心(xīn)電(diàn)路(lù)，從而(ér)造成(chéng)內(nèi)部(bù)電(diàn)路(lù)的(de)永久損壞。
如(rú)上(shàng)图(tú)所(suǒ)示，采用(yòng)鉗位(wèi)二极管(guǎn)对(duì)JTAG接口(kǒu)電(diàn)路(lù)進(jìn)行保護，一(yī)般鉗位(wèi)二极管(guǎn)采用(yòng)肖基特(tè)二极管(guǎn)即可(kě)。當然JTAG下(xià)载(zài)器盡量(liàng)不(bù)要(yào)带電(diàn)拔插使用(yòng)，做好(hǎo)斷電(diàn)後(hòu)進(jìn)行拔插操作(zuò)，这(zhè)樣(yàng)可(kě)以(yǐ)最(zuì)大(dà)程度(dù)避免可(kě)能(néng)的(de)損害發(fà)生(shēng)。
3. CAN总線(xiàn)接口(kǒu)設計(jì)：
CAN总線(xiàn)接口(kǒu)外(wài)部(bù)電(diàn)路(lù)通过(guò)一(yī)对(duì)差分(fēn)信(xìn)号(hào)線(xiàn)和(hé)CAN收(shōu)發(fà)器進(jìn)行數據(jù)通信(xìn)，因(yīn)此(cǐ)在(zài)应用(yòng)的(de)过(guò)程中，通訊電(diàn)缆(lǎn)很容易耦合外(wài)部(bù)的(de)干擾從而(ér)对(duì)信(xìn)号(hào)的(de)傳輸産生(shēng)影響，嚴重(zhòng)的(de)会(huì)通过(guò)CAN接口(kǒu)電(diàn)路(lù)傳輸到(dào)系(xì)統內(nèi)部(bù)核心(xīn)敏感(gǎn)電(diàn)路(lù)中去(qù)，從而(ér)造成(chéng)EMI問(wèn)題(tí)。
如(rú)上(shàng)图(tú)所(suǒ)示，CAN接口(kǒu)防護器件(jiàn)主要(yào)包(bāo)括：濾波(bō)電(diàn)容、共(gòng)模電(diàn)感(gǎn)、跨接電(diàn)容、TVS管(guǎn)。
濾波(bō)電(diàn)容C1,C2用(yòng)于(yú)給(gěi)干擾提(tí)供低(dī)阻抗的(de)回(huí)流路(lù)徑，選取(qǔ)範圍为(wèi)22pF~1000pF，典型值为(wèi)100pF。
共(gòng)模電(diàn)感(gǎn)L1用(yòng)于(yú)濾除差分(fēn)線(xiàn)上(shàng)的(de)共(gòng)模干擾，阻抗選取(qǔ)範圍为(wèi)120歐/100MHz~2200歐/100MHz，典型值为(wèi)600歐/100MHz。
跨接電(diàn)容C3,C4用(yòng)于(yú)接口(kǒu)地(dì)和(hé)數字(zì)地(dì)之(zhī)間(jiān)的(de)隔離，典型值为(wèi)1000pF/2KV。
TVS管(guǎn)D1,D2用(yòng)于(yú)防護静(jìng)電(diàn)放(fàng)射ESD或(huò)瞬間(jiān)的(de)高(gāo)能(néng)量(liàng)冲擊，使其(qí)線(xiàn)路(lù)的(de)電(diàn)壓鉗位(wèi)在(zài)一(yī)个預定(dìng)的(de)數值內(nèi)，從而(ér)确保後(hòu)面(miàn)的(de)電(diàn)路(lù)器件(jiàn)免受瞬态高(gāo)能(néng)量(liàng)的(de)冲擊而(ér)損壞。(TVS管(guǎn)功能(néng)類(lèi)似鉗位(wèi)二极管(guǎn)或(huò)壓敏電(diàn)阻)
4. 外(wài)殼(ké)接口(kǒu)設計(jì)：
如(rú)果(guǒ)設備外(wài)殼(ké)與(yǔ)大(dà)地(dì)接地(dì)良好(hǎo)，則PCB也(yě)应該與(yǔ)外(wài)殼(ké)進(jìn)行良好(hǎo)的(de)單點(diǎn)接地(dì)，这(zhè)时(shí)PCB的(de)干擾会(huì)通过(guò)外(wài)殼(ké)接地(dì)良好(hǎo)消除，对(duì)PCB也(yě)不(bù)会(huì)産生(shēng)干擾。如(rú)果(guǒ)設備外(wài)殼(ké)沒(méi)有(yǒu)良好(hǎo)接大(dà)地(dì)，則PCB地(dì)與(yǔ)外(wài)殼(ké)地(dì)也(yě)不(bù)必互连。常見(jiàn)的(de)外(wài)殼(ké)地(dì)與(yǔ)PCB地(dì)的(de)單點(diǎn)接地(dì)電(diàn)路(lù)主要(yào)采用(yòng)阻容電(diàn)路(lù)相连。
(1)、從EMC角(jiǎo)度(dù)考慮，電(diàn)容C1是(shì)用(yòng)来(lái)洩放(fàng)干擾的(de)，系(xì)統(PCB端)的(de)高(gāo)頻干擾噪聲彙聚到(dào)GND，並(bìng)通过(guò)電(diàn)容C1流到(dào)PGND，由于(yú)PGND與(yǔ)大(dà)地(dì)進(jìn)行良好(hǎo)接觸，因(yīn)此(cǐ)干擾噪聲得到(dào)有(yǒu)效抑制，改善了(le)EMC問(wèn)題(tí)。
(2)、從ESD角(jiǎo)度(dù)考慮，電(diàn)阻R1是(shì)为(wèi)了(le)应付静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)測試用(yòng)的(de)。如(rú)果(guǒ)仅仅使用(yòng)電(diàn)容構成(chéng)浮地(dì)系(xì)統，ESD測試産生(shēng)的(de)電(diàn)荷無處(chù)釋放(fàng)，会(huì)逐渐積累，當累積到(dào)一(yī)定(dìng)的(de)程度(dù)便会(huì)在(zài)PGND和(hé)GND最(zuì)薄弱(ruò)處(chù)擊穿放(fàng)電(diàn)，这(zhè)樣(yàng)会(huì)在(zài)短(duǎn)时(shí)間(jiān)內(nèi)在(zài)PCB上(shàng)産生(shēng)較大(dà)電(diàn)流，足以(yǐ)損壞PCB上(shàng)的(de)電(diàn)路(lù)與(yǔ)器件(jiàn)。因(yīn)此(cǐ)通过(guò)電(diàn)阻R1去(qù)慢(màn)慢(màn)釋放(fàng)ESD産生(shēng)的(de)電(diàn)荷，以(yǐ)消除PGND和(hé)GND之(zhī)間(jiān)的(de)壓差是(shì)很有(yǒu)用(yòng)的(de)。
5. 電(diàn)源防反(fǎn)接技術(shù)：
在(zài)電(diàn)源供電(diàn)的(de)场(chǎng)合，經(jīng)常碰到(dào)電(diàn)源极性(xìng)反(fǎn)接的(de)情(qíng)況，以(yǐ)至(zhì)于(yú)造成(chéng)不(bù)可(kě)逆的(de)後(hòu)果(guǒ)。
(1)、硬件(jiàn)防反(fǎn)接技術(shù)：電(diàn)源的(de)接插件(jiàn)防反(fǎn)接等硬件(jiàn)機(jī)械處(chù)理(lǐ)。
(2)、二极管(guǎn)防反(fǎn)接技術(shù)：利用(yòng)二极管(guǎn)的(de)單向導電(diàn)性(xìng)特(tè)性(xìng)，防止電(diàn)源的(de)反(fǎn)接，但是(shì)此(cǐ)電(diàn)路(lù)在(zài)實(shí)際中並(bìng)不(bù)常用(yòng)。因(yīn)为(wèi)二极管(guǎn)会(huì)存在(zài)導通壓降，造成(chéng)輸出(chū)電(diàn)壓降低(dī)，而(ér)且(qiě)當電(diàn)源電(diàn)流过(guò)大(dà)时(shí)二极管(guǎn)消耗的(de)功率較大(dà)，造成(chéng)無用(yòng)功耗的(de)增加。
(3)、MOS管(guǎn)防反(fǎn)接技術(shù)：由于(yú)MOSFET具有(yǒu)极低(dī)的(de)導通電(diàn)阻，因(yīn)此(cǐ)即使電(diàn)流很大(dà)損耗也(yě)較小，非(fēi)常适合以(yǐ)最(zuì)低(dī)的(de)損耗来(lái)實(shí)現(xiàn)電(diàn)源的(de)防反(fǎn)接處(chù)理(lǐ)。如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示，NMOS管(guǎn)在(zài)接地(dì)回(huí)路(lù)，PMOS管(guǎn)在(zài)電(diàn)源路(lù)徑。但是(shì)實(shí)際应用(yòng)中使用(yòng)PMOS管(guǎn)的(de)更(gèng)为(wèi)常用(yòng)，因(yīn)为(wèi)NMOS管(guǎn)在(zài)接地(dì)回(huí)路(lù)会(huì)对(duì)參考地(dì)平面(miàn)産生(shēng)影響甚至(zhì)破壞接地(dì)回(huí)路(lù)，因(yīn)此(cǐ)PMOS更(gèng)为(wèi)合适。另(lìng)外(wài)需要(yào)注意(yì)的(de)是(shì)，實(shí)際電(diàn)路(lù)MOS管(guǎn)的(de)栅极要(yào)串接限流電(diàn)阻進(jìn)行保護。
