單片機應用系統(tǒng)的主要干擾形式

1.干擾的三要素
在單片機應用系統(tǒng)或其他電子設備中，一個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考慮。既可以盡量減小干擾源產生的干擾強度，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，提高電子線路的抗干擾能力。
干擾源有的來自單片機應用系統(tǒng)的外部，例如工業(yè)電氣設備的電火花、高壓輸電線上的放電、無線廣播通信設備的電磁被、太陽輻射、雷電，以及各大功率設備開關時發(fā)出的干擾均屬于這類干擾。另一類干擾來自單片機應用系統(tǒng)內部，例如電源自身產生的干擾，電路中脈沖尖峰或自激振蕩，電路之間通過分布電容的耦合產生的干擾，設備和機械振動產生的干擾，大的脈沖電流通過地線電阻、電源內阻造成的干擾等均屬于這一類。
知道干擾來源，由上面公式，就可以在干擾源處采取措施，抑制其產生。這種措施有時是十分有效的。在無法控制干擾源的地方，就必須從另外兩方面來下工夫。
2.干擾的來源及耦合方式
① 電磁干擾源
為了解決電磁兼容性問題，首先就要了解和熟悉電磁干擾源。一般來說人們常將電磁干擾源分為兩大類，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的活動無關的電磁干擾。主要有如下幾種：
[1] 雷電產生的電磁干擾
自然界中的雷電是一種很常見的自然干擾源，地球上平均每秒中發(fā)生的雷電超過100次。而且，雷電所造成的干擾十分復雜。一次雷電產生的電壓可高達5×108V，電流可達到2×105A，持續(xù)時間為µS級，例如20µS。可見一次雷電的瞬時功率十分巨大。雷電的干擾頻譜很寬，從100Hz直到100MHz。每一次雷電都會產生劇烈的電磁擾動，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、聽不到雷電的地方，其造成的電磁干擾也可能是很嚴重的。顯然，當設備或電網的電力線直接遭受雷擊時，其后果將是災難性的。
[2] 太陽及太陽系行星產生的干擾
太陽黑子爆發(fā)及日冕的發(fā)生都會產生嚴重的電磁干擾。嚴重的太陽黑子爆發(fā)甚至會使電力系統(tǒng)供電中斷、無線通信無法進行。太陽系的行星也會輻射出電磁干擾，對地球上的電子設備造成影響。
[3] 地球磁場的干擾
地球磁場也會產生大幅度的波動，所產生的干擾對電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)會產生影響。顯然，單片機應用系統(tǒng)經常采用電力電網供電，經常會使用通信系統(tǒng)。對它們的干擾也就是對單片機應用系統(tǒng)的干擾。
[4] 宇宙干擾
太陽系以外的其他星系也會輻射無線電磁干擾，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，尤其是隨著技術的發(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，使人為干擾愈來愈嚴重。人為干擾主要由兩種情況產生：
各種電子設備工作時會產生交變電流，交變電流會通過電磁輻射或傳導向空間及周圍的設備造成電磁干擾。例如，無線電廣播和電視臺、電力傳輸線、高頻加工設備、變壓器等，它們在工作過程中會產生這類干擾。通常，這類干擾是比較有規(guī)律的。
電子設備在工作過程中的瞬時干擾，設備中電流發(fā)生瞬間變化造成頻譜很寬的電磁干擾。這類干擾往往是隨機發(fā)生的，無規(guī)律的。
在單片機應用系統(tǒng)中，常見的人為干擾如下：
[1] 火花放電。汽車及內燃機的點火、繼電器工作過程中的通斷、整流子電鉆電動機工作時均會產生強烈的電磁干擾。干擾脈沖群的寬度在mS數量級，單個脈沖寬度可窄到nS級，因此干擾的頻譜寬度高達300MHz。
[2] 高壓輸電線路。高壓輸電線路上傳輸很高的電壓和大電流，它們可以通過雜散的耦合電容和互感而對周圍的電子設備造成干擾。另外，由于輸電線上有極高的電壓，遇到霧、雨、雪等天氣或絕緣不好，均會產生放電。這時，靠近輸電線鐵塔就能聽到放電所發(fā)出的響聲。這種放電類似于上面所說的火花放電。高壓放電會使輸電線上帶有頻譜為幾百Hz到幾十MHz的諧波，能量主要集中在150kHz以下。這些諧波干擾會沿著電力輸電線進入單片機應用系統(tǒng)。顯然，這種頻譜很寬的諧波還可以由輸電線直接輻射而造成干擾。
[3] 電感性設備。大的變壓器、電動機、電弧焊設備等都是電感性的設備，它們在起動、停止、工作過程及負載發(fā)生變化時均會使電流發(fā)生劇烈變化，產生不規(guī)則的干擾脈沖。這種干擾脈沖會沿著供電電網傳播，從而干擾其他設備。
[4] 開關器件。電子設備中各種有源器件工作時均會使電流發(fā)生瞬態(tài)改變，尤其是數字電路工作時，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，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，隨著其開關狀態(tài)的變化同樣會使電流發(fā)生改變。這種電流變化造成的干擾會經過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電路工作過程中會產生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。人體及沒有接地球大地的設備都會產生很高的靜電電壓。人們會發(fā)現計算機CRT上會吸附許多細小的灰塵，那就是由于靜電所引起的。人體同樣會帶有很高的靜電，普通人手上所帶靜電電壓超過5v。靜電放電如果進入電子設備內部會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提供的交流電轉換成直流電，供給單片機應用系統(tǒng)使用。（http://www.diangon.com/版權所有）電源是干擾的多發(fā)地點也是單片機應用系統(tǒng)的故障多發(fā)地點。電源中的干擾來源大致有如下幾種：在電網直接受到雷電感應所產生的極高的浪涌電壓，這種因雷電所產生的浪涌電壓一般均達幾kv，直接雷擊的浪涌電壓更高，會結單片機應用系統(tǒng)造成極大的危害；各種電氣設備的接地或斷開所引起的電網浪涌電壓，例如，大變壓器、電動機的起動或斷開都會使電網產生數倍于常規(guī)電壓的浪涌；電網上連接的電氣設備接地或接地斷開時所引起的浪涌電壓；各種電氣設備工作時產生的干擾饋送到電網上，使電網電壓中帶有干擾；電源電路本身產生的干擾，開關電源也會產生脈沖干擾等。
[7] 自激振蕩。自激振蕩是一種典型的系統(tǒng)內部的干擾。它由放大器的輸入與輸出之間產生正反饋引起的一種振蕩。一旦出現自激振蕩必定時電子線路造成影響，故自激振蕩必須加以消除。
[8] 電暈放電。在臭氧發(fā)生器、高壓輸電線上均會發(fā)生電暈放電。這種放電會產生脈沖電流和高頻振蕩、它們會對電子線路造成干擾。