微型計算機系統中的干擾及抗干擾措施

1引言

微型計算機（簡(jiǎn)稱(chēng)微型機）系統里的電信號主要以脈沖形式進(jìn)行傳輸、存儲、處理等，而電磁干擾往往以脈沖的形式進(jìn)入微型機系統，當系統電磁兼容問(wèn)題未得到很好解決時(shí)，電磁干擾將對系統造成危害。為此，必須對系統的電磁兼容問(wèn)題給予高度關(guān)注。

2微型機系統中的主要干擾途徑及防護措施

（1）空間干擾及防護措施

空間干擾源象宇宙射線(xiàn)、太陽(yáng)風(fēng)暴所引發(fā)的電離層風(fēng)暴及各種電氣設備所產(chǎn)生的電磁波所形成的輻射，對微型機系統的正常運行造成影響和危害。對這種空間電磁干擾目前所采用的防護措施多是選用良好的系統屏蔽，合理地設計地線(xiàn)系統及高頻濾波等。

（2）過(guò)程通道干擾及防護措施

過(guò)程通道是指前向接口、后向接口與主機，或者是主機相互之間進(jìn)行信息傳輸的途徑。在過(guò)程通道中長(cháng)線(xiàn)傳輸的干擾是主要的，隨著(zhù)系統主振頻率越來(lái)越高，系統過(guò)程通道的長(cháng)線(xiàn)傳輸越來(lái)越不可避免。

按照經(jīng)驗公式計算，當計算機主振頻率為1MHz、傳輸線(xiàn)長(cháng)于0.5m時(shí)；或者主振頻率為4MHz、傳輸線(xiàn)長(cháng)于0.3m時(shí)，即作為長(cháng)線(xiàn)傳輸處理。

微型機應用系統中，傳輸線(xiàn)上的信息多為脈沖數字信號，它在傳輸線(xiàn)上傳輸時(shí)會(huì )出現延時(shí)、畸變、衰減以及通道干擾等，為了保證信息在長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)的可靠性，使機器正常運行，主要采取光電耦合隔離，雙絞線(xiàn)傳輸，阻抗匹配等防護措施。下面以光電耦合隔離為例加以說(shuō)明。

采用光電耦合器可以將主機與前向、后向以及其它主機部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過(guò)程通道進(jìn)入主機，其原理如圖1所示。

光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過(guò)程通道上的信噪比大大提高。光電耦合具有很強的抗干擾能力，這是因為：

①光電耦合器的輸入阻抗很小，一般為100Ω～1kΩ之間，而干擾源內阻則很大，通常為105～108Ω，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很??；

②干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能夠提供足夠的電流而被抑制掉；

③光電耦合器是在密封條件下實(shí)現輸入電路與輸出電路的光耦合，不會(huì )受到外界光的干擾；

④輸入電路與輸出電路之間分布電容極小，一般僅為0.5pF～2pF，而且絕緣電阻很大，通常為1011～1012Ω，因此電路一邊的干擾很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊去。

在傳輸線(xiàn)較長(cháng)、現場(chǎng)干擾十分強烈時(shí)，為了提高整個(gè)系統的可靠性，可以通過(guò)光電耦合器將長(cháng)線(xiàn)完全“浮置”起來(lái)，如圖2所示。

長(cháng)線(xiàn)的“浮置”，去掉了長(cháng)線(xiàn)兩端間的公共地線(xiàn)，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)和阻抗匹配等問(wèn)題，同時(shí)也可以防止受控設備短路時(shí)保護系統不受損壞。

3供電系統的干擾及防護措施

在微型機系統中最重要、危害最嚴重的干擾來(lái)自于供電電源。

（1）電源噪聲來(lái)源、種類(lèi)及危害

如果把電源電壓變化持續時(shí)間定為Δt，那么，根據Δt的大小可以把電源干擾分為：

①過(guò)壓、欠壓、停電Δt>1s；

②浪涌、下陷、降出1s>Δt>10ms；

③尖峰電壓Δt為μs級；

④射頻干擾Δt為ns級。

過(guò)壓、欠壓、停電的危害是顯而易見(jiàn)的，解決的辦法是使用各種穩壓器、電源調節器，對付暫短時(shí)間的停電則配置不間斷電源（UPS）。

浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過(guò)大也會(huì )毀壞系統。即使變化不大（±10％～±15％），直接使用不一定會(huì )毀壞系統，但由于電源系統中有反應遲緩的磁飽和或電子交流穩壓器，往往會(huì )在這些變化點(diǎn)附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如果有連續幾個(gè)±10％～±15％的浪涌或下陷，由此造成的振蕩能產(chǎn)生±30％～±40％的電源電壓變化，而使系統無(wú)法工作，解決的辦法是使用快速響應的交流電源調壓器。

尖峰電壓持續時(shí)間很短，一般不會(huì )毀壞系統，但對微機系統正常運行危害很大，會(huì )造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞原程序。解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調節器，參數穩壓器或超隔離變壓器。

射頻干擾對微機系統影響不大，一般加接2～3級低通濾波器即可解決。

（2）微型機供電系統的抗干擾措施

①采用交流穩壓器防止電源系統的過(guò)壓與欠壓，保證供電穩定性，提高整個(gè)系統的可靠性；

②采用隔離變壓器，即在變壓器的初、次級之間加屏蔽層隔離，以消除分布電容的有害影響，提高抗共模干擾的能力；

③由諧波頻譜分析可知，電源系統的干擾大部分是高次諧波，采用低通濾波濾去高次諧波，以改善電源的穩定性；

④采用分散獨立穩壓模塊供電，提高供電的可靠性，此舉也有利于電源散熱，降低熱噪聲的干擾；

⑤采用高抗干擾穩壓電源及干擾抑制器，提高整機系統的抗干擾能力。