微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的干擾及抗干擾措施

1引言

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

2微型機(jī)系統(tǒng)中的主要干擾途徑及防護(hù)措施

（1）空間干擾及防護(hù)措施

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

（2）過(guò)程通道干擾及防護(hù)措施

過(guò)程通道是指前向接口、后向接口與主機(jī)，或者是主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐緩?。在過(guò)程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要的，隨著系統(tǒng)主振頻率越來(lái)越高，系統(tǒng)過(guò)程通道的長(zhǎng)線傳輸越來(lái)越不可避免。

按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)計(jì)算機(jī)主振頻率為1MHz、傳輸線長(zhǎng)于0.5m時(shí)；或者主振頻率為4MHz、傳輸線長(zhǎng)于0.3m時(shí)，即作為長(zhǎng)線傳輸處理。

微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖數(shù)字信號(hào)，它在傳輸線上傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減以及通道干擾等，為了保證信息在長(zhǎng)線傳輸時(shí)的可靠性，使機(jī)器正常運(yùn)行，主要采取光電耦合隔離，雙絞線傳輸，阻抗匹配等防護(hù)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(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)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(jī)，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(qiáng)的抗干擾能力，這是因?yàn)椋?/p>

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(nèi)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?。?/p>

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(xiàn)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。

在傳輸線較長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)干擾十分強(qiáng)烈時(shí)，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，可以通過(guò)光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來(lái)，如圖2所示。

長(zhǎng)線的“浮置”，去掉了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配等問(wèn)題，同時(shí)也可以防止受控設(shè)備短路時(shí)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。

3供電系統(tǒng)的干擾及防護(hù)措施

在微型機(jī)系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)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(xù)時(shí)間定為Δt，那么，根據(jù)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(jí)；

④射頻干擾Δt為ns級(jí)。

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(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對(duì)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(tǒng)。即使變化不大（±10％～±15％），直接使用不一定會(huì)毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中有反應(yīng)遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)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(xù)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(tǒng)無(wú)法工作，解決的辦法是使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器。

尖峰電壓持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但對(duì)微機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)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(diào)節(jié)器，參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。

射頻干擾對(duì)微機(jī)系統(tǒng)影響不大，一般加接2～3級(jí)低通濾波器即可解決。

（2）微型機(jī)供電系統(tǒng)的抗干擾措施

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

②采用隔離變壓器，即在變壓器的初、次級(jí)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(tǒng)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(wěn)定性；

④采用分散獨(dú)立穩(wěn)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(wěn)壓電源及干擾抑制器，提高整機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。