也谈单片机系统硬件抗干扰常用方法

影响单片机零碎牢靠平安运转的次要要素次要来自零碎外部和内部的各种电气搅扰,并受零碎构造设计、元器件选择、装置、制造工艺影响。这些都构成单片机零碎的搅扰要素,常会招致单片机零碎运转正常,轻则影响产质量量和产量,重则会招致事故,形成严重经济损失。
  构成搅扰的根本要素有三个：
  （1）搅扰源。指发生搅扰的元件、设备或信号, 用数学言语描绘如下：du/dt, di/dt大的中央就是搅扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都能够成为搅扰源。
  （2）传达途径。指搅扰从搅扰源传达到敏感器件的通路或媒介。典型的搅扰传达途径是经过导线的传导和空间的辐射。
  （3）敏感器件。指容易被搅扰的对象。如：A/D、 D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号缩小器等。
  1  搅扰的分类
  1.1 搅扰的分类
  搅扰的分类有好多种,通常可以依照噪声发生的缘由、传导方式、波形特性等等停止不同的分类。按发生的缘由分：
  可分为放电噪声响、高频振荡噪声、浪涌噪声。
  按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。
  按波形分：可分为继续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
  1.2 搅扰的耦合方式
  搅扰源发生的搅扰信号是经过一定的耦合通道才对测控零碎发生作用的。因而,我们有必要看看搅扰源和被搅扰对象之间的传递方式。搅扰的耦合方式,无非是经过导线、空间、公共线等等,细分上去,次要有以下几种：
  （1）间接耦合：
  这是最间接的方式,也是零碎中存在最普遍的一种方式。比方搅扰信号经过电源线侵入零碎。关于这种方式,最无效的办法就是参加去耦电路。
  （2）公共阻抗耦合：
  这也是罕见的耦合方式,这种方式经常发作在两个电路电流有共同通路的状况。为了避免这种耦合,通常在电路设计上就要思索。使搅扰源和被搅扰对象间没有公共阻抗。
  （3）电容耦合：
  又称电场耦合或静电耦合。是由于散布电容的存在而发生的耦合。
  （4）电磁感应耦合：
  又称磁场耦合。是由于散布电磁感应而发生的耦合。
  （5）漏电耦合：
  这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发作。
  2  常用硬件抗搅扰技术
  针对构成搅扰的三要素,采取的抗搅扰次要有以下手腕。
  2.1 抑制搅扰源
  抑制搅扰源就是尽能够的减小搅扰源的du/dt, di/dt。这是抗搅扰设计中最优先思索和最重要的准绳,经常会起到事半功倍的效果。 减小搅扰源的du/dt次要是经过在搅扰源两端并联电容来完成。减小搅扰源的di/dt则是在搅扰源回路串联电感或电阻以及添加续流二极管来完成。
  抑制搅扰源的常用措施如下：
  （1）继电器线圈添加续流二极管,消弭断开线圈时发生的反电动势搅扰。仅加续流二极管会使继电器的断开工夫滞后,添加稳压二极管后继电器在单位工夫内可举措更多的次数。
  （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（普通是RC串联电路,电阻普通选几K到几十K,电容选0.01uF）,减小电火花影响。
  （3）给电机加滤波电路,留意电容、电感引线要尽量短。
  （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1 μF高频电容,以减小IC对电源的影响。留意高频电容的布线,连线应接近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
  （5）布线时防止90度折线,增加高频噪声发射。
  （6）可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅发生的噪声（这个噪声严重时能够会把可控硅击穿的）。
  2.2 切断搅扰传达途径
  按搅扰的传达途径可分为传导搅扰和辐射搅扰两类。
  所谓传导搅扰是指经过导线传达到敏感器件的搅扰。高频搅扰噪声和有用信号的频带不同,可以经过在导线上添加滤波器的办法切断高频搅扰噪声的传达,有时也可加隔离光耦来处理。电源噪声的危害最大,要特别留意处置。
  所谓辐射搅扰是指经过空间辐射传达到敏感器件的搅扰。普通的处理办法是添加搅扰源与敏感器件的间隔,用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。
  切断搅扰传达途径的常用措施如下：
  （1）充沛思索电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗搅扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的搅扰。比方,可以应用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻替代磁珠。
  （2）假如单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离（添加π形滤波电路）。
  （3）留意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量接近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
  （4）电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模仿信号。尽能够把搅扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离。
  （5）用地线把数字区与模仿区隔离。数字地与模仿地要别离,最初在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为准绳。
  （6）单片机和大功率器件的地线要独自接地,以减小互相搅扰。大功率器件尽能够放在电路板边缘。
  （7）在单片机I/O口、电源线、电路板衔接线等关键中央运用抗搅扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可明显进步电路的抗搅扰功能。
  2.3 进步敏感器件的抗搅扰功能
  进步敏感器件的抗搅扰功能是指从敏感器件这边思索尽量增加对搅扰噪声的拾取,以及从不正常形态尽快恢复的办法。
  进步敏感器件抗搅扰功能的常用措施如下：
  （1）布线时尽量增加回路环的面积,以降低感应噪声。
  （2）布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。
  （3）关于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改动零碎逻辑的状况下接地或接电源。
  （4）对单片机运用电源监控及看门狗电路,如： IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大幅度进步整个电路的抗搅扰功能。
  （5）在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
  （6）IC器件尽量间接焊在电路板上,少用IC座。
  2.4 其它常用抗搅扰措施
  （1）交流端用电感电容滤波:去掉高频低频搅扰脉冲。
  （2）变压器双隔离措施:变压器初级输出端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗搅扰的关键手腕。次级加低通滤波器:吸收变压器发生的浪涌电压。
  （3）采用集成式直流稳压电源: 有过流、过压、过暖等维护作用。
  （4）I/O口采用光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。
  （5）通讯线用双绞线:扫除平行互感。
  （6）防雷电用光纤隔离最为无效。
  （7）A/D转换用隔离缩小器或采用现场转换:增加误差。
  （8）外壳接大地:处理人身平安及防外界电磁场搅扰。
  （9）加复位电压检测电路。避免复位不充沛, CPU就任务,尤其有EEPROM的器件,复位不充份会改动EEPROM的内容。
  （10）印制板工艺抗搅扰：
  ① 电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以增加互感振荡。
  ② CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之直接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频搅扰信号。
  ③ 独立零碎构造,增加接插件与连线,进步牢靠性,增加毛病率。
  ④ 集成块与插座接触牢靠,用双簧插座,最好集成块间接焊在印制板上,避免器件接触不良毛病。
  ⑤ 有条件的采用四层以上印制板,两头两层为电源及地。