關(guān)于單片機(jī)硬件抗干擾

研制帶處理器的電子產(chǎn)品時，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性？

一、下面的一些系統(tǒng)要特別注意抗電磁干擾：

1、微控制器時鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)含有大功率，大電流驅(qū)動電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開關(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(tǒng)。

二、為增加系統(tǒng)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：

選用外時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)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(dāng)高，高速CMOS電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力，即相當(dāng)大的輸出值，將一個門的輸出端通過一段很長線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問題就很嚴(yán)重，它會引起信號畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)Tpd＞Tr時，就成了一個傳輸線問題，必須考慮信號反射，阻抗匹配等問題。

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

可以粗略地認(rèn)為，信號在印制板引線的傳輸速度，約為光速的1/3到1/2之間。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的Tr（標(biāo)準(zhǔn)延遲時間）為3到18ns之間。

在印制線路板上，信號通過一個7W的電阻和一段25cm長的引線，線上延遲時間大致在4~20ns之間。也就是說，信號在印刷線路上的引線越短越好，最長不宜超過25cm。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少，最好不多于2個。

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

用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個規(guī)則：

信號在印刷板上傳輸，其延遲時間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時間。

3、減小信號線間的交叉干擾：

A點(diǎn)一個上升時間為Tr的階躍信號通過引線AB傳向B端。信號在AB線上的延遲時間是Td。在D點(diǎn)，由于A點(diǎn)信號的向前傳輸，到達(dá)B點(diǎn)后的信號反射和AB線的延遲，Td時間以后會感應(yīng)出一個寬度為Tr的頁脈沖信號。在C點(diǎn)，由于AB上信號的傳輸與反射，會感應(yīng)出一個寬度為信號在AB線上的延遲時間的兩倍，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(qiáng)度與C點(diǎn)信號的di/at有關(guān)，與線間距離有關(guān)。當(dāng)兩信號線不是很長時，AB上看到的實(shí)際是兩個脈沖的迭加。

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(shù)字電路是迭加100~200mv噪聲并不影響其工作。若圖中AB線是一模擬信號，這種干擾就變?yōu)椴荒苋萑?。如印刷線路板為四層板，其中有一層是大面積的地，或雙面板，信號線的反面是大面積的地時，這種信號間的交叉干擾就會變小。原因是，大面積的地減小了信號線的特性阻抗，信號
在D端的反射大為減小。特性阻抗與信號線到地間的介質(zhì)的介電常數(shù)的平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對數(shù)成正比。若AB線為一模擬信號，要避免數(shù)字電路信號線CD對AB的干擾，AB線下方要有大面積的地，AB線到CD線的距離要大于AB線與地距離的2~3倍。可用局部屏蔽地，在有引結(jié)的一面引線左右兩側(cè)布以地線。

4、減小來自電源的噪聲

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

5、注意印刷線板與元器件的高頻特性

在高頻情況下，印刷線路板上的引線，過孔，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，引線的分布電容會起作用，當(dāng)長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20時，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。

印刷線路板的過孔大約引起0.6pf的電容。

一個集成電路本身的封裝材料引入2~6pf電容。

一個線路板上的接插件，有520nH的分布電感。一個雙列直扦的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(shù)對于這行較低頻率下的微控制器系統(tǒng)中是可以忽略不計(jì)的；而對于高速系統(tǒng)必須予以特別注意。