談單片機系統的電磁兼容性設計

　　本文中所提到的對電磁干擾的設計我們主要從硬件和軟件方面進(jìn)行設計處理，下面就是從單片機的PCB設計到軟件處理方面來(lái)介紹對電磁兼容性的處理。

　　一、影響EMC的因數

　　1、電壓：電源電壓越高，意味著(zhù)電壓振幅越大，發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。

　　2、頻率：高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻單片機系統中，當器件開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號;在模擬系統中，當負載電流變化時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號。

　　3、接地：在所有EMC題目中，主要題目是不適當的接地引起的。有三種信號接地方法：?jiǎn)吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在頻率低于1MHz時(shí)，可采用單點(diǎn)接地方法，但不適宜高頻;在高頻應用中，最好采用多點(diǎn)接地?；旌辖拥厥堑皖l用單點(diǎn)接地，而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線(xiàn)布局是關(guān)鍵，高頻數字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合。

　　4、PCB設計：適當的印刷電路板(PCB)布線(xiàn)對防止EMI是至關(guān)重要的。

　　5、電源往耦：當器件開(kāi)關(guān)時(shí)，在電源線(xiàn)上會(huì )產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來(lái)自高di/dt源的瞬態(tài)電流導致地和線(xiàn)跡“發(fā)射”電壓，高di/dt產(chǎn)生大范圍的高頻電流，激勵部件和線(xiàn)纜輻射。流經(jīng)導線(xiàn)的電流變化和電感會(huì )導致壓降，減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。

　　二、對干擾措施的硬件處理方法

　　1、印刷線(xiàn)路板(PCB)的電磁兼容性設計

　　PCB是單片機系統中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高。PCB設計的好壞對單片機系統的電磁兼容性影響很大，實(shí)踐證實(shí)，即使電路原理圖設計正確，印刷電路板設計不當，也會(huì )對單片機系統的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，假如印刷電路板的兩條細平行線(xiàn)靠的很近，會(huì )形成信號波形的延遲，在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲。因此，在設計印刷電路板的時(shí)候，應留意采用正確的方法，遵守PCB設計的一般原則，并應符合抗干擾的設計要求。要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導線(xiàn)的布設是很重要的。

　　2、輸入/輸出的電磁兼容性設計

　　在單片機系統中輸進(jìn)/輸出也是干擾源的傳導線(xiàn)，和接收射頻干擾信號的拾檢源，我們設計時(shí)一般要采取有效的措施：①采用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進(jìn)進(jìn)。

　?、谠跅l件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離)，從而阻斷干擾的傳播。

　　3、單片機復位電路的設計

　　在單片機系統中，看門(mén)狗系統對整個(gè)單片機的運行起著(zhù)特別重要的作用，由于所有的干擾源不可能全部被隔離或往除，一旦進(jìn)進(jìn)CPU干擾程序的正常運行，那么復位系統結合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯防御的屏障了。常用的復位系統有以下兩種：①外部復位系統。外部“看門(mén)狗”電路可以自己設計也可以用專(zhuān)門(mén)的“看門(mén)狗”芯片來(lái)搭建。然而，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，大部分專(zhuān)用“看門(mén)狗”芯片對低頻“喂狗”信號不能響應，而高頻“喂狗”信號都能響應，使其在低頻“喂狗”信號下產(chǎn)生復位動(dòng)作而在高頻的“喂狗”信號下不產(chǎn)生復位動(dòng)作，這樣，假如程序系統陷進(jìn)一個(gè)死循環(huán)，而該循環(huán)中恰巧有著(zhù)“喂狗”信號的話(huà)，那么該復位電路就無(wú)法實(shí)現它的應有的功能了。然而，我們自己可以設計一個(gè)具有帶通的“喂狗”電路和其他復位電路構成的系統就是一個(gè)很有效外部監控系統了。

　?、诂F在越來(lái)越多的單片機都帶有自己的片上復位系統，這樣用戶(hù)就可以很方便的使用其內部的復位定時(shí)器了，但是，有一些型號的單片機它的復位指令太過(guò)于簡(jiǎn)單，這樣也會(huì )存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗”指令，使其失往監控作用。有一些單片機的片上復位指令就做的比較好，一般他們把“喂狗”信號做成固定格式的多條指令依順序來(lái)執行，假如有一定錯誤則該“喂狗”操縱無(wú)效，這樣就大大進(jìn)步了復位電路的可靠性。

　　4、振蕩器

　　大部分的單片機都有一個(gè)耦合于外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上，要求外接是電容、晶體或陶瓷諧振器的引線(xiàn)越短越好。RC振蕩器對干擾信號有潛伏的敏感性，它能產(chǎn)生很短的時(shí)鐘周期，因而最好選晶體或陶瓷諧振器。另外，石英晶體的外殼要接地。

　　5、防雷擊措施

　　室外使用的單片機系統或從室外排擠引進(jìn)室內的電源線(xiàn)、信號線(xiàn)，要考慮系統的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS等。氣體放電管是當電源的電壓大于某一數值時(shí)，通常為數十V或數百V，氣體擊穿放電，將電源線(xiàn)上強沖擊脈沖導進(jìn)大地。TVS可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當兩端電壓高于某一值時(shí)導通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數百乃上千A的電流。