基于STWD100xP WTD嵌入式系統抗EMC技術(shù)

摘要：隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統對系統穩定性、可靠性、抗干擾性等要求逐漸增高。在此詳細分析嵌入式系統EMC產(chǎn)生的原因和途徑，在不增加CPU額外開(kāi)銷(xiāo)情況下，采用了意法半導體公司硬件看門(mén)狗集成電路STWD100，提高了系統可靠性和穩定性，并給出了STDW100與CPU應用原理圖。實(shí)驗證明，采用STDW100硬件看門(mén)狗使嵌入式系統具有很強的抗EMC能力，在實(shí)際應用中使系統具有相當高的可靠性和穩定性。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；EMC；可靠性；看門(mén)狗；STDW100

1 EMC的特點(diǎn)
嵌入式系統EMC(Electro Magnetic Compatibility)即嵌入式系統電磁兼容性，指嵌入式系統在復雜電磁環(huán)境中抵抗其他系統所產(chǎn)生的電磁干擾同時(shí)本身產(chǎn)生的電磁干擾又不影響其他系統正常工作。EMC包括EMI(Electro Magnetic interference)和EMS(Electro Magnetic Susceptibility)分別表示嵌入式系統本身產(chǎn)生電磁干擾和嵌入式系統抗電磁干擾的能力。一般要求盡量減小系統工作時(shí)本身產(chǎn)生的電磁干擾，加強系統抵抗電磁干擾的能力。例如高頻諧波干擾，這是目前嵌入式系統工作不定的最大潛在因素。怎樣減小嵌入式系統干擾增強其抗干擾性能，盡可能地提高嵌入式系統工作的穩定性和可靠性成為電子工程師們的一大技術(shù)難題。

2 嵌入式系統EMC的產(chǎn)生
嵌入式系統產(chǎn)生電磁干擾的大小和抗電磁干擾的能力同系統本身功能有很大關(guān)系，不同嵌入式系統產(chǎn)生的電磁干擾不同抗電磁干擾能力也不同。
2．1 高次諧波干擾
根據Fourier series任何一個(gè)周期信號S(t)并非單一波形，都由直流分量、基波和各次諧波組成，諧波頻率十分豐富，周期信號S(t)可以用式(1)表示：

直流成分，當n=1時(shí)表示信號基波，n=2，3，4，…表示信號2，3，4，…各次諧波，其中基波是該信號主要組成成份，很多時(shí)候信號的特性呈現為基波特性。例如在電源系統中交流信號為S(t)=380sin 2π50t表示市電信號存在n=1的基波，信號在基波附近諧波頻率不斷增加、幅度迅速衰減，從理論上說(shuō)正弦和余弦信號頻譜只存在一點(diǎn)沖擊信號。正弦信號本身所產(chǎn)生的諧波較小而其他電磁干擾參雜在正弦信號中造成系統諧波很大。系統對信號的基波要加以利用，對信號的諧波要加以抑制、濾除。正弦信號本身對外來(lái)干擾信號的抑制能力較差容易出現EMC，嚴重干擾系統工作，影響系統穩定性。
2．2 嵌入式系統主頻過(guò)高，引起干擾
隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，CPU處理速度越來(lái)越快，數據吞吐量越來(lái)越大，主頻越來(lái)越高。8位51單片機系統主頻為12 MHz，16位凌陽(yáng)單片機系統主頻為50 MHz，Altera公司Cyclone系列FPGA芯片系統主頻可達200 MHz，以Inter PAX255，PAX270，PAX310為核心的嵌入式系統主頻可達820 MHz，CPU主頻過(guò)高信號變化速率過(guò)快，信號幅度大的地方容易引起干擾。根據Fourier Series和Euler Formula，方波信號頻譜為Sine信號，Sine信號為連續信號其本身諧波很大，容易造成系統工作不穩定。
2．3 系統中大功率、大電流用電器動(dòng)作產(chǎn)生火花引起干擾
系統中含有大功率、大電流繼電器或交流接觸器，驅動(dòng)電流或電壓過(guò)大使諧波幅度大，容易產(chǎn)生較強的電磁干擾；在復雜電磁環(huán)境中電機頻繁啟動(dòng)與大電流有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的打火現象都會(huì )引起很強的電磁干擾，在要求較高的系統中必須解決，否則會(huì )引起系統工作不穩定、可靠性差。
2．4 微弱模擬信號的提取與高精度數據采集放大
隨數字信號高速發(fā)展，很多模擬信號要轉變成數字信號進(jìn)行處理，CPU處理完成后又要將數字信號還原成模擬信號，涉及微弱模擬信號的提取和采集放大電路。對于微弱模擬信號的提取通常采用傳感器，傳感器提取的模擬信號非常微弱如果受到外來(lái)干擾或系統本身干擾，會(huì )造成系統數據采集和處理有誤精度不高、系統工作不穩定。
2．5 電子元器件和電路板本身所產(chǎn)生的寄生干擾
每個(gè)電子元器件都有不同的截止頻率，元器件在不同的頻率下會(huì )呈現不同的特性。如果信號衰減和信號畸變過(guò)大會(huì )造成整個(gè)系統穩定度受影響甚至系統“死機”或“程序跑飛”。信號頻率過(guò)高電容的分布電感，電感的分布電容，電阻對高頻信號的反射，引線(xiàn)的分布電容和分布電感影響系統穩定性，當引線(xiàn)長(cháng)度大于噪聲頻率相應波長(cháng)的1／20時(shí)，就產(chǎn)生天線(xiàn)效應，噪聲通過(guò)引線(xiàn)向外發(fā)射。