單片機應用系統的主要干擾形式

1.干擾的三要素
在單片機應用系統或其他電子設備中，一個(gè)電路所受的干擾程度用下式描述：
S＝WC/I；
其中，S表示電子線(xiàn)路受干擾的程度；W表示干擾發(fā)生源的強度；C為干擾源通過(guò)某途徑到達受干擾處的耦合因素；I為受干擾電路的抗干擾性能。
由上式可以看到，要減少干擾的影響，可以從減小分子或增大分母來(lái)考慮。既可以盡量減小干擾源產(chǎn)生的干擾強度，也可以切斷或降低干擾耦合因素，使干擾強度盡量衰減，再就是采取各種措施，提高電子線(xiàn)路的抗干擾能力。
干擾源有的來(lái)自單片機應用系統的外部，例如工業(yè)電氣設備的電火花、高壓輸電線(xiàn)上的放電、無(wú)線(xiàn)廣播通信設備的電磁被、太陽(yáng)輻射、雷電，以及各大功率設備開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)出的干擾均屬于這類(lèi)干擾。另一類(lèi)干擾來(lái)自單片機應用系統內部，例如電源自身產(chǎn)生的干擾，電路中脈沖尖峰或自激振蕩，電路之間通過(guò)分布電容的耦合產(chǎn)生的干擾，設備和機械振動(dòng)產(chǎn)生的干擾，大的脈沖電流通過(guò)地線(xiàn)電阻、電源內阻造成的干擾等均屬于這一類(lèi)。
知道干擾來(lái)源，由上面公式，就可以在干擾源處采取措施，抑制其產(chǎn)生。這種措施有時(shí)是十分有效的。在無(wú)法控制干擾源的地方，就必須從另外兩方面來(lái)下工夫。
2.干擾的來(lái)源及耦合方式
① 電磁干擾源
為了解決電磁兼容性問(wèn)題，首先就要了解和熟悉電磁干擾源。一般來(lái)說(shuō)人們常將電磁干擾源分為兩大類(lèi)，即自然干擾源和人為干擾源。
② 自然干擾源
自然干擾源是指自然界所固有的與人類(lèi)的活動(dòng)無(wú)關(guān)的電磁干擾。主要有如下幾種：
[1] 雷電產(chǎn)生的電磁干擾
自然界中的雷電是一種很常見(jiàn)的自然干擾源，地球上平均每秒中發(fā)生的雷電超過(guò)100次。而且，雷電所造成的干擾十分復雜。一次雷電產(chǎn)生的電壓可高達5×108V，電流可達到2×105A，持續時(shí)間為µS級，例如20µS?？梢?jiàn)一次雷電的瞬時(shí)功率十分巨大。雷電的干擾頻譜很寬，從100Hz直到100MHz。每一次雷電都會(huì )產(chǎn)生劇烈的電磁擾動(dòng)，并以電磁波的形式傳播到很遠的地方。因此，在距離雷電近的地方，電子設備受其影響是十分嚴重的。即使遠離雷電幾千米，在看不見(jiàn)、聽(tīng)不到雷電的地方，其造成的電磁干擾也可能是很?chē)乐氐?。顯然，當設備或電網(wǎng)的電力線(xiàn)直接遭受雷擊時(shí)，其后果將是災難性的。
[2] 太陽(yáng)及太陽(yáng)系行星產(chǎn)生的干擾
太陽(yáng)黑子爆發(fā)及日冕的發(fā)生都會(huì )產(chǎn)生嚴重的電磁干擾。嚴重的太陽(yáng)黑子爆發(fā)甚至會(huì )使電力系統供電中斷、無(wú)線(xiàn)通信無(wú)法進(jìn)行。太陽(yáng)系的行星也會(huì )輻射出電磁干擾，對地球上的電子設備造成影響。
[3] 地球磁場(chǎng)的干擾
地球磁場(chǎng)也會(huì )產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)，所產(chǎn)生的干擾對電力系統和通信系統會(huì )產(chǎn)生影響。顯然，單片機應用系統經(jīng)常采用電力電網(wǎng)供電，經(jīng)常會(huì )使用通信系統。對它們的干擾也就是對單片機應用系統的干擾。
[4] 宇宙干擾
太陽(yáng)系以外的其他星系也會(huì )輻射無(wú)線(xiàn)電磁干擾，尤其是銀河系的輻射更強。宇宙電磁干擾主要影響中波及短波通信。
③ 人為干擾源
人為干擾源普遍存在，尤其是隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展、各行各業(yè)的電器普遍增加，這就更增多了人為的干擾源，使人為干擾愈來(lái)愈嚴重。人為干擾主要由兩種情況產(chǎn)生：
各種電子設備工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生交變電流，交變電流會(huì )通過(guò)電磁輻射或傳導向空間及周?chē)脑O備造成電磁干擾。例如，無(wú)線(xiàn)電廣播和電視臺、電力傳輸線(xiàn)、高頻加工設備、變壓器等，它們在工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生這類(lèi)干擾。通常，這類(lèi)干擾是比較有規律的。
電子設備在工作過(guò)程中的瞬時(shí)干擾，設備中電流發(fā)生瞬間變化造成頻譜很寬的電磁干擾。這類(lèi)干擾往往是隨機發(fā)生的，無(wú)規律的。
在單片機應用系統中，常見(jiàn)的人為干擾如下：
[1] 火花放電。汽車(chē)及內燃機的點(diǎn)火、繼電器工作過(guò)程中的通斷、整流子電鉆電動(dòng)機工作時(shí)均會(huì )產(chǎn)生強烈的電磁干擾。干擾脈沖群的寬度在mS數量級，單個(gè)脈沖寬度可窄到nS級，因此干擾的頻譜寬度高達300MHz。
[2] 高壓輸電線(xiàn)路。高壓輸電線(xiàn)路上傳輸很高的電壓和大電流，它們可以通過(guò)雜散的耦合電容和互感而對周?chē)碾娮釉O備造成干擾。另外，由于輸電線(xiàn)上有極高的電壓，遇到霧、雨、雪等天氣或絕緣不好，均會(huì )產(chǎn)生放電。這時(shí)，靠近輸電線(xiàn)鐵塔就能聽(tīng)到放電所發(fā)出的響聲。這種放電類(lèi)似于上面所說(shuō)的火花放電。高壓放電會(huì )使輸電線(xiàn)上帶有頻譜為幾百Hz到幾十MHz的諧波，能量主要集中在150kHz以下。這些諧波干擾會(huì )沿著(zhù)電力輸電線(xiàn)進(jìn)入單片機應用系統。顯然，這種頻譜很寬的諧波還可以由輸電線(xiàn)直接輻射而造成干擾。
[3] 電感性設備。大的變壓器、電動(dòng)機、電弧焊設備等都是電感性的設備，它們在起動(dòng)、停止、工作過(guò)程及負載發(fā)生變化時(shí)均會(huì )使電流發(fā)生劇烈變化，產(chǎn)生不規則的干擾脈沖。這種干擾脈沖會(huì )沿著(zhù)供電電網(wǎng)傳播，從而干擾其他設備。
[4] 開(kāi)關(guān)器件。電子設備中各種有源器件工作時(shí)均會(huì )使電流發(fā)生瞬態(tài)改變，尤其是數字電路工作時(shí)，這種電流瞬變的干擾既可以以電磁輻射的形式傳播，影響其他設備工作，同時(shí)，這種電流瞬變的干擾又可以在設備內部對其他部件造成干擾。如：TTL電路工作時(shí)，隨著(zhù)其開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化同樣會(huì )使電流發(fā)生改變。這種電流變化造成的干擾會(huì )經(jīng)過(guò)電源內阻和接地電阻影響到其他電路。根據不同的器件和應用環(huán)境，TTL電路工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生0.5-2V的干擾電壓。如果不采取措施，此干擾足以影響其他TTL電路的工作。
[5] 靜電放電。人體及沒(méi)有接地球大地的設備都會(huì )產(chǎn)生很高的靜電電壓。人們會(huì )發(fā)現計算機CRT上會(huì )吸附許多細小的灰塵，那就是由于靜電所引起的。人體同樣會(huì )帶有很高的靜電，普通人手上所帶靜電電壓超過(guò)5v。靜電放電如果進(jìn)入電子設備內部會(huì )對電子設備造成干擾甚至損壞器件。
[6] 電源。電源的作用通常是將電網(wǎng)提供的交流電轉換成直流電，供給單片機應用系統使用。（http://www.diangon.com/版權所有）電源是干擾的多發(fā)地點(diǎn)也是單片機應用系統的故障多發(fā)地點(diǎn)。電源中的干擾來(lái)源大致有如下幾種：在電網(wǎng)直接受到雷電感應所產(chǎn)生的極高的浪涌電壓，這種因雷電所產(chǎn)生的浪涌電壓一般均達幾kv，直接雷擊的浪涌電壓更高，會(huì )結單片機應用系統造成極大的危害；各種電氣設備的接地或斷開(kāi)所引起的電網(wǎng)浪涌電壓，例如，大變壓器、電動(dòng)機的起動(dòng)或斷開(kāi)都會(huì )使電網(wǎng)產(chǎn)生數倍于常規電壓的浪涌；電網(wǎng)上連接的電氣設備接地或接地斷開(kāi)時(shí)所引起的浪涌電壓；各種電氣設備工作時(shí)產(chǎn)生的干擾饋送到電網(wǎng)上，使電網(wǎng)電壓中帶有干擾；電源電路本身產(chǎn)生的干擾，開(kāi)關(guān)電源也會(huì )產(chǎn)生脈沖干擾等。
[7] 自激振蕩。自激振蕩是一種典型的系統內部的干擾。它由放大器的輸入與輸出之間產(chǎn)生正反饋引起的一種振蕩。一旦出現自激振蕩必定時(shí)電子線(xiàn)路造成影響，故自激振蕩必須加以消除。
[8] 電暈放電。在臭氧發(fā)生器、高壓輸電線(xiàn)上均會(huì )發(fā)生電暈放電。這種放電會(huì )產(chǎn)生脈沖電流和高頻振蕩、它們會(huì )對電子線(xiàn)路造成干擾。