電路設(shè)計(jì)之干擾問(wèn)題的總結(jié)與詳細(xì)分析

在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣的事情，一個(gè)電路其程序明明是完完整整的從書(shū)上抄下來(lái)，試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果卻不正確，這是為什么呢，原因就在干擾，我們?cè)谶M(jìn)行電子電路和程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要做好抗干擾措施。

形成干擾的基本要素有三個(gè)：

(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。(3)敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，弱信號(hào)等。

抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。(類(lèi)似于傳染病的預(yù)防)

1、抑制干擾源

抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會(huì)起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

抑制干擾源的常用措施如下：(1)繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線圈時(shí)產(chǎn)生的干擾。僅加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開(kāi)時(shí)間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多的次數(shù)。(2)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC，電阻一般選幾K到幾十K，電容選0.01uF)，減小電火花影響。(3)給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。

(4)電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。(5)布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪。(6)可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿的)。

按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類(lèi)。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同，可以通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。

2、切斷干擾傳播路徑的常用措施

(1)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好，整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感，要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路，當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。(2)如果單片機(jī)的I/O口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)。(3)注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問(wèn)題。

(4)電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源(如電機(jī)，繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。(5)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，與模擬地要分離，最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A芯片引腳排列時(shí)已考慮此要求。(6)單片機(jī)和大的地線要單獨(dú)接地，以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。(7)在單片機(jī)I/O口，電源線，電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。

3、提高敏感器件的抗干擾性能

提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：

(1)布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。(2)布線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。(3)對(duì)于單片機(jī)閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。(4)對(duì)單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門(mén)狗電路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。(5)在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字電路。(6)IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。

接下來(lái)再說(shuō)說(shuō)在這方面的經(jīng)驗(yàn)。

軟件方面

1、常將不用的代碼空間全清成“0”，因?yàn)檫@等效于NOP，可在程序跑飛時(shí)歸位;2、在跳轉(zhuǎn)指令前加幾個(gè)NOP，目的同1;3、在無(wú)硬件WatchDog時(shí)可采用軟件模擬WatchDog，以監(jiān)測(cè)程序的運(yùn)行;4、涉及處理外部器件參數(shù)調(diào)整或設(shè)置時(shí)，為防止外部器件因受干擾而出錯(cuò)可定時(shí)將參數(shù)重新發(fā)送一遍，這樣可使外部器件盡快恢復(fù)正確;5、通訊中的抗干擾，可加數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，可采取3取2或5取3策略;6、在有通訊線時(shí)，如I2C、三線制等，實(shí)際中我們發(fā)現(xiàn)將Data線、CLK線、INH線常態(tài)置為高，其抗干擾效果要好過(guò)置為低。

硬件方面

1、地線、電源線的布線肯定重要了!2、線路的去偶;3、數(shù)、模地的分開(kāi);4、每個(gè)數(shù)字元件在地與電源之間都要104電容;5、在有繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是大電流時(shí)，防繼電器觸點(diǎn)火花對(duì)電路的干擾，可在繼電器線圈間并一104和二極管，在觸點(diǎn)和常開(kāi)端間接472電容，效果不錯(cuò)!6、為防I/O口的串?dāng)_，可將I/O口隔離，方法有二極管隔離、門(mén)電路隔離、光偶隔離、電磁隔離等;7、當(dāng)然多層板的抗干擾肯定好過(guò)單層板，但成本卻高了幾倍。8、選擇一個(gè)抗干擾能力強(qiáng)的器件比其他任何方法都有效，這點(diǎn)應(yīng)該最重要。

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