單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法實(shí)踐

1、單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法 實(shí)踐影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的主要因素主要來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣 干擾, 并受 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機(jī) 系統(tǒng)的干擾因素 ,常 會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常 , 輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量 , 重則會(huì) 導(dǎo)致事故 , 造成重大經(jīng)濟(jì)損 失。形成干擾的基本要素有三個(gè) :(1干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào) , 用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下 :du/dt, di/dt 大的地方就是干擾源。如 :雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為 干擾源。 (2 傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干 擾傳播路徑是 通過(guò)導(dǎo)

2、線的傳導(dǎo)和空間的輻射。(3敏感器件。指容易被干擾的對(duì)象。如 :A/D、 D/A 變換器,單片機(jī),數(shù)字 IC ,弱 信 號(hào)放大器等。1 干擾的分類1.1 干擾的分類干擾的分類有好多種 ,通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等 等進(jìn)行不同 的分類。按產(chǎn)生的原因分 :可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。按傳導(dǎo)方式分 :可分為共模噪聲和串模噪聲。按波形分 :可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。1.2 干擾的耦合方式干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過(guò)一定的耦合通道才對(duì)測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。因此我們有 必要看看干擾源和被干擾對(duì)象之間的傳遞方式。干擾的耦合方式,無(wú)非是通過(guò)導(dǎo)線、空間、 公共線等等

3、 ,細(xì)分下來(lái) ,主要有以下幾種 :(1直接耦合:這是最直接的方式 ,也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。比如干擾信號(hào)通過(guò)電 源線侵入 系統(tǒng)。對(duì)于這種形式 ,最有效的方法就是加入去耦電路。(2 公共阻抗耦合 :這也是常見的耦合方式 ,這種形式常常發(fā)生在兩個(gè)電路電流有共同通路的情 況。為了防 止這種耦合 ,通常在電路設(shè)計(jì)上就要考慮。使干擾源和被干擾對(duì)象間沒(méi) 有公共阻抗。 (3電容耦合 :又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合。是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的耦合。(4 電磁感應(yīng)耦合 :又稱磁場(chǎng)耦合。是由于分布電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的耦合。(5 漏電耦合 :這種耦合是純電阻性的 ,在絕緣不好時(shí)就會(huì)發(fā)生。2 常用硬件抗干擾技術(shù)針對(duì)形

4、成干擾的三要素 ,采取的抗干擾主要有以下手段。2.1 抑制干擾源抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt, di/dt。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會(huì)起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過(guò)在干擾源 兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。 減小干擾源的 di/dt 則是在干擾源回路串聯(lián)電感 或電阻以及增加續(xù)流 二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。抑制干擾源的常用措施如下 :(1 繼電器線圈增加續(xù)流二極管 , 消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。 僅加續(xù) 流二極 管會(huì)使繼電器的斷開時(shí)間滯后 ,增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng) 作更多的次數(shù)。 (2在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路 (一般是 RC 串

5、聯(lián)電路 ,電阻 一般選幾 K 到幾 十 K ,電容選 0.01uF ,減小電火花影響。(3 給電機(jī)加濾波電路 ,注意電容、電感引線要盡量短。(4電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01卩F 0.1高頻電容，以減小IC對(duì)電源的 影響。注意高頻電容的布線 ,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短 ,否則, 等于增大了電容 的等效串 聯(lián)電阻 ,會(huì)影響濾波效果。(5布線時(shí)避免 90度折線,減少高頻噪聲發(fā)射。(6可控硅兩端并接 RC 抑制電路,減小可控硅產(chǎn)生的噪聲 (這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能 會(huì)把 可控硅擊穿的 。2.2 切斷干擾傳播路徑按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾

6、。高頻干擾噪聲和有用信號(hào) 的頻帶不 同, 可以通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播 , 有時(shí) 也可加隔離光耦來(lái) 解決。電源噪聲的危害最大 ,要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。 一般的解決方法是 增加干擾源與 敏感器件的距離 ,用地線把它們隔離和在敏感器件上加屏蔽罩。切斷干擾傳播路徑的常用措施如下(1 充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好 ,整個(gè)電路的抗干擾就解決了一 大半。 許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感 , 要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器 ,以減 小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成 n形濾波電路，當(dāng)然條 件要求不高時(shí)也可用10

7、0Q電阻代替磁珠。(2如果單片機(jī)的I/O 口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件,在I/O 口與噪聲源之間應(yīng)加 隔離(增加n形濾波電路。(3注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近 ,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái) ,晶振 外殼 接地并固定。(4電路板合理分區(qū) ,如強(qiáng)、弱信號(hào) ,數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源 (如電機(jī)、 繼 電器與敏感元件 (如單片機(jī)遠(yuǎn)離。(5用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。數(shù)字地與模擬地要分離,最后在一點(diǎn)接于電源地。 A/D、 D/A 芯片布線也以此為原則。(6 單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地 , 以減小相互干擾。 大功率器件盡可 能放在 電路板邊緣。(7在單片機(jī)I/O 口、電源線、電路板連接線等

8、關(guān)鍵地方使用抗干擾元件如磁 珠、 磁環(huán)、 電源濾波器、屏蔽罩 ,可顯著提高電路的抗干擾性能。2.3 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾 取,以及 從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下 :(1 布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積 ,以降低感應(yīng)噪聲。(2布線時(shí),電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外 ,更重要的是降低耦合噪聲。(3對(duì)于單片機(jī)閑置的I/O 口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不 改 變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。(4對(duì)單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路 ,如: IMP809, IMP706, IMP8

9、13, X5043,X5045等,可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。(5在速度能滿足要求的前提下 ,盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字電路。(6 IC 器件盡量直接焊在電路板上 ,少用 IC 座。2.4 其它常用抗干擾措施(1交流端用電感電容濾波 :去掉高頻低頻干擾脈沖。(2變壓器雙隔離措施 :變壓器初級(jí)輸入端串接電容 , 初、次級(jí)線圈間屏蔽層與 初級(jí)間電 容中心接點(diǎn)接大地 , 次級(jí)外屏蔽層接印制板地 , 這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手 段。 次級(jí)加低通濾波 器 :吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓。(3采用集成式直流穩(wěn)壓電源 : 有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)作用。(4 I/O 口采用光電、磁電、繼電器隔離 ,同時(shí)去掉公共地。(5通訊線用雙絞線 :排除平行互感。(6防雷電用光纖隔離最為有效。(7 A/D 轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換 :減少誤差。(8外殼接大地 :解決人身安全及防外界電磁場(chǎng)干擾。(9加復(fù)位電壓檢測(cè)電路。防止復(fù)位不充分 ,CPU就工作，尤其有EEPROM的 器件 , 復(fù)位 不充份會(huì)改變 EEPROM 的內(nèi)容。(10印制板工藝抗干擾 電源線加粗 , 合理走線、接地 ,三總線分開以減少互感振蕩。 CPU、 RAM 、 ROM