關(guān)于單片機硬件抗干擾

研制帶處理器的電子產(chǎn)品時(shí)，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性？

一、下面的一些系統要特別注意抗電磁干擾：

1、微控制器時(shí)鐘頻率特別高，總線(xiàn)周期特別快的系統。

2、系統含有大功率，大電流驅動(dòng)電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開(kāi)關(guān)等。

3、含微弱模擬信號電路以及高精度A/D變換電路的系統。

二、為增加系統的抗電磁干擾能力采取如下措施：

1、選用頻率低的微控制器：

選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統的抗干擾能力。同樣頻率的方波和正弦波，方波中的高頻成份比正弦波多得多。雖然方波的高頻成份的波的幅度，比基波小，但頻率越高越容易發(fā)射出成為噪聲源，微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時(shí)鐘頻率的3倍。

2、減小信號傳輸中的畸變

微控制器主要采用高速CMOS技術(shù)制造。信號輸入端靜態(tài)輸入電流在1mA左右，輸入電容10PF左右，輸入阻抗相當高，高速CMOS電路的輸出端都有相當的帶載能力，即相當大的輸出值，將一個(gè)門(mén)的輸出端通過(guò)一段很長(cháng)線(xiàn)引到輸入阻抗相當高的輸入端，反射問(wèn)題就很?chē)乐?，它?huì )引起信號畸變，增加系統噪聲。當Tpd＞Tr時(shí)，就成了一個(gè)傳輸線(xiàn)問(wèn)題，必須考慮信號反射，阻抗匹配等問(wèn)題。

信號在印制板上的延遲時(shí)間與引線(xiàn)的特性阻抗有關(guān)，即與印制線(xiàn)路板材料的介電常數有關(guān)。

可以粗略地認為，信號在印制板引線(xiàn)的傳輸速度，約為光速的1/3到1/2之間。微控制器構成的系統中常用邏輯電話(huà)元件的Tr（標準延遲時(shí)間）為3到18ns之間。

在印制線(xiàn)路板上，信號通過(guò)一個(gè)7W的電阻和一段25cm長(cháng)的引線(xiàn)，線(xiàn)上延遲時(shí)間大致在4~20ns之間。也就是說(shuō)，信號在印刷線(xiàn)路上的引線(xiàn)越短越好，最長(cháng)不宜超過(guò)25cm。而且過(guò)孔數目也應盡量少，最好不多于2個(gè)。

當信號的上升時(shí)間快于信號延遲時(shí)間，就要按照快電子學(xué)處理。此時(shí)要考慮傳輸線(xiàn)的阻抗匹配，對于一塊印刷線(xiàn)路板上的集成塊之間的信號傳輸，要避免出現Td＞Trd的情況，印刷線(xiàn)路板越大系統的速度就越不能太快。

用以下結論歸納印刷線(xiàn)路板設計的一個(gè)規則：

信號在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應大于所用器件的標稱(chēng)延遲時(shí)間。

3、減小信號線(xiàn)間的交叉干擾：

A點(diǎn)一個(gè)上升時(shí)間為T(mén)r的階躍信號通過(guò)引線(xiàn)AB傳向B端。信號在A(yíng)B線(xiàn)上的延遲時(shí)間是Td。在D點(diǎn)，由于A(yíng)點(diǎn)信號的向前傳輸，到達B點(diǎn)后的信號反射和AB線(xiàn)的延遲，Td時(shí)間以后會(huì )感應出一個(gè)寬度為T(mén)r的頁(yè)脈沖信號。在C點(diǎn)，由于A(yíng)B上信號的傳輸與反射，會(huì )感應出一個(gè)寬度為信號在A(yíng)B線(xiàn)上的延遲時(shí)間的兩倍，即2Td的正脈沖信號。這就是信號間的交叉干擾。干擾信號的強度與C點(diǎn)信號的di/at有關(guān)，與線(xiàn)間距離有關(guān)。當兩信號線(xiàn)不是很長(cháng)時(shí)，AB上看到的實(shí)際是兩個(gè)脈沖的迭加。

CMOS工藝制造的微控制由輸入阻抗高，噪聲高，噪聲容限也很高，數字電路是迭加100~200mv噪聲并不影響其工作。若圖中AB線(xiàn)是一模擬信號，這種干擾就變?yōu)椴荒苋萑?。如印刷線(xiàn)路板為四層板，其中有一層是大面積的地，或雙面板，信號線(xiàn)的反面是大面積的地時(shí)，這種信號間的交叉干擾就會(huì )變小。原因是，大面積的地減小了信號線(xiàn)的特性阻抗，信號
在D端的反射大為減小。特性阻抗與信號線(xiàn)到地間的介質(zhì)的介電常數的平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對數成正比。若AB線(xiàn)為一模擬信號，要避免數字電路信號線(xiàn)CD對AB的干擾，AB線(xiàn)下方要有大面積的地，AB線(xiàn)到CD線(xiàn)的距離要大于A(yíng)B線(xiàn)與地距離的2~3倍?？捎镁植科帘蔚?，在有引結的一面引線(xiàn)左右兩側布以地線(xiàn)。

4、減小來(lái)自電源的噪聲

電源在向系統提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復位線(xiàn)，中斷線(xiàn)，以及其它一些控制線(xiàn)最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強干擾通過(guò)電源進(jìn)入電路，即使電池供電的系統，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號更經(jīng)受不住來(lái)自電源的干擾。

5、注意印刷線(xiàn)板與元器件的高頻特性

在高頻情況下，印刷線(xiàn)路板上的引線(xiàn)，過(guò)孔，電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略，電感的分布電容不可忽略。電阻產(chǎn)生對高頻信號的反射，引線(xiàn)的分布電容會(huì )起作用，當長(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。

印刷線(xiàn)路板的過(guò)孔大約引起0.6pf的電容。

一個(gè)集成電路本身的封裝材料引入2~6pf電容。

一個(gè)線(xiàn)路板上的接插件，有520nH的分布電感。一個(gè)雙列直扦的24引腳集成電路扦座，引入4~18nH的分布電感。

這些小的分布參數對于這行較低頻率下的微控制器系統中是可以忽略不計的；而對于高速系統必須予以特別注意。