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技术解析:MCU失效的原因有哪些?

发布时间:2017-07-05 责任编辑:susan

【导读】什么原因会导致MCU失效?有程序原因、硬件连接原因,也有芯片的原因,文章从6个方面解析导致MCU失效的原因。
 

 
1.MCU 的电源
 
某公司 MCU电源的拓扑如下:
 
Logic supply VDD ,供给 MCU内部 Core---CPU 的电源,一般电压约 1.8V。当电源电压 《1.8V ,CPU 可能会出现故障。
 
VDDF ,供给 MCU内部 Flash 读写,一般电压约 2.8V。当电源电压 《2.8V ,进行读写操作可能会损坏 Flash
 
MCU 内部的 LVR( low voltage reset )在电源电压 《4.2V,会发生 Reset ,强制终止MCU 工作。
 
那么问题来了:如果要准确地 ” 识别低压“ 这个异常工况,很显然需要 LVR 具备在更低电压下工作的能力。
 
MCU 内部用 bandgap来实现这一要求, bandgap 的工作电压一般为 1.25V,即用 1.25V 来识别4.2V 。
 
2.MCU 的运算核心 Core
 
CPU 是大脑,负责计算和逻辑。
 
对于单核 MCU来说,解决这个问题比较棘手,没特别好的办法。大脑往往是不知道大脑出问题了。
 
主 /辅 MCU 呢,是通过分立的 2个 CPU ,2 个大脑相互比较( comparison )来纠错。
 
双核MCU ,比较科幻了,不分立,直接在一个机体内长出 2 个大脑,冗余 2个 CPU 核来降低失效率;
 
3.MCU 的时钟
 
MCU 一般有三路独立时钟的来源:
 
1 )晶体振荡器或陶瓷振荡器的时钟
 
2 )内部 RC振荡的时钟,一般频率为 1MHz
 
3 )来自 API(Asynchronous periodic interrupt)的时钟,一般频率为 10KHz
 
有了三路时钟来源,还得辅以复杂的时钟拓扑,可以降低 ” 时钟丢失而程序跑飞 “的风险。
 
4.MCU 的存储器
 
受电气环境和宇宙射线的影响, Flash /EPROM/RAM 会发生其内存储的数据发生 0《-》1 跳变。
 
存储器1bit 出现错误,可能还好。但是,骨感的现实中 2bit 以上的跳变是存在的。
 
于是,出现了 ECC技术( Error CorrecTIng Code )循环冗余校验码,可以实现 1bit 错误能被纠正过来, 2bit以上的错误能被检测。
 
由于ECC 的原理还是挺复杂的,此处省略。 ECC 的实现可软件或硬件。硬件 ECC 的好处就是节省 MCU资源。
 
5.指令
 
顺便提一下, ECC好比可以保证存储在电脑硬盘上数据是可靠的。
 
那问题来了,如果读取电脑硬盘的命令出错了,比如本意是读取一个文件夹的内容,结果命令被篡改成 ” 删除这个文件夹 “的命令了。
 
于是,发明了 CRC( Cyclic Redundancy Check )循环冗余校验码。
 
6.MCU 的外设: I/O
 
MCU 的外设众多,此处仅展示 I/O 的失效问题。
 
整个回路每个支线都有可能失效。
 
比如MCU 的 die -》 封装 pin 脚 -》 外围设备等之间
 
那么,通过回采提高诊断覆盖率是个好办法,但是回采回路也存在支线 ” 外围设备 -》 封装 pin脚 -》 MCU 的die“ 。
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