淺談數(shù)字電路、單片機(jī)的抗干擾措施

李凡

湖南中車時代通信信號有限公司 湖南長沙 410000

在電子以及單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，我們常常會發(fā)生這種現(xiàn)象，一個電路或者一個程序明明是完完整整的是從書上面摘抄寫下來的，實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的結(jié)果卻會發(fā)生不正確的現(xiàn)象，發(fā)生這樣的原因就是存在干擾的因素。

1 形成干擾的基本要素

1.1 干擾源

干擾源主要是產(chǎn)生干擾的原件、設(shè)備與信號，用數(shù)學(xué)的語言來進(jìn)行說明就是：du/dt，di/dt大的地方就是干擾源，比如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時鐘等都可能成為干擾源[1]。

1.2 傳播的路徑

傳播的路徑主要是指干擾從干擾源的傳播到敏感器件的通路或者媒介。最為典型的就是干擾傳播路徑是利用導(dǎo)線的傳導(dǎo)與空間的輻射進(jìn)行傳播。

1.3 敏感器件

敏感器件主要是指容易受到被干擾的對象，例如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，弱信號放大器等。抗干擾設(shè)計的基本原則也就是：抑制干擾源、切除干擾傳播的路徑、增強(qiáng)敏感器件的抗干擾性能。

2 抑制干擾源

抑制干擾源主要指的是最大化的減小干擾源的du/dt，di/dt。這也是抗干擾設(shè)計當(dāng)中最為首要考慮條件與最為重要的原則，通常都會起到事半功倍的效果。降低干擾源的du/dt最為主要的是利用在干擾源兩端的并聯(lián)電容從而來實(shí)現(xiàn)的。降低干擾源的di/dt就是在干擾源的回路串聯(lián)電感或者電阻以及加強(qiáng)續(xù)流二極管來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。抑制干擾源一般用的措施主要是：

（1）繼電器線圈加強(qiáng)續(xù)流的二極管，除去切開線圈時發(fā)生的反電動勢干擾。但是只是增加續(xù)流二極管會讓繼電器的切開時間停滯，加強(qiáng)穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內(nèi)可以動作更多的次數(shù)。

（2）在繼電器節(jié)點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，降低電火花的影響。

（3）不斷的給電機(jī)加濾波電路，一定要注意電容、電感引線一定要盡量的短。

（4）電路板上的每一個IC都要并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，從而來降低IC對電源的影響。[2]一定要注意對高頻電容的布線，連線也要靠近電源端并且最大化的粗短，不然，這就等于加大了電容的等效串聯(lián)電阻，也會不斷的影響濾波效果。

（5）進(jìn)行布線時也要防止90度發(fā)生折線，降低高頻噪聲的發(fā)射。

（6）可以進(jìn)行控硅兩端并連接RC抑制電路，降低可控硅產(chǎn)生的噪音聲，這樣的噪音聲發(fā)生嚴(yán)重時可以嚴(yán)重的把可控硅擊穿。按照干擾的傳播路徑可以分為傳導(dǎo)干擾與輻射干擾兩個方面。傳導(dǎo)干擾主要是指利用導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻率的干擾噪聲與有價值的信號的頻率不相同，可以應(yīng)用在導(dǎo)線上來加強(qiáng)濾波器的措施切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時候也可以應(yīng)用隔離光耦來進(jìn)行處理。電源產(chǎn)生的噪聲是最為大的危害，一定要注意對細(xì)節(jié)的處理。輻射干擾主要是指應(yīng)用穿過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。常常解決的方式是加強(qiáng)對干擾源與敏感器件的距離，利用地線把它們隔離起來與在敏感器件上加上保障。

3 斷開干擾傳播路徑的措施

3.1 全面考慮電源對單片機(jī)的影響

只要電源做的好，整體的電路的抗干擾就解決了一半。很多的單片機(jī)對電源的噪聲就會很敏感，只要給單片機(jī)電源加濾波電路或者穩(wěn)壓器，從而來降低電源噪音對單片機(jī)的干擾。例如，可以應(yīng)用磁珠與電容構(gòu)成π形濾波電路，這里面主要的要求條件不是很高時可以借用100Ω電阻代替磁珠。

3.2 增加π形濾波電路

假如單片機(jī)的I/O口是用來控制電機(jī)等噪音的器件，在I/O口與噪音產(chǎn)生的源頭進(jìn)行增加隔離即增加π形濾波電路。控制電機(jī)等噪音的器件，在I/O口語噪音產(chǎn)生的源頭也要加以隔離。

3.3 注重晶振的布線

晶振與單片機(jī)的引腳最大限度的要進(jìn)行靠近，緊接著要用地線把時鐘區(qū)進(jìn)行隔離，晶振的外殼接地并且進(jìn)行固定。這樣的措施可以有效的解決很多的困難問題。

3.4 電路板合理分區(qū)

電路板的合理分區(qū)例如，強(qiáng)弱信號，數(shù)字、模擬信號。最大化的把干擾源與敏感原件進(jìn)行遠(yuǎn)離。

3.5 地線與數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)進(jìn)行隔離

利用底線把數(shù)字區(qū)域一模擬區(qū)域進(jìn)行隔離，數(shù)字地域模擬地也要進(jìn)行分離，最后在一點(diǎn)要與電源地進(jìn)行相接。A/D、D/A芯片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A芯片引腳排列時也要考慮這樣的需求。單片機(jī)與大功率的器件進(jìn)行接地時一定要單獨(dú)的獨(dú)立的進(jìn)行接地，從而來降低兩者之間的互相干擾。大功率器件也要最大限度的放在電路板的邊緣。

在單片機(jī)I/O口，電源線，電路板連接線等關(guān)鍵的位置使用抗干擾原件比如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器，屏蔽罩，可以有效的提高電路的抗干擾性能。

4 增強(qiáng)敏感器件的抗干擾性能

增強(qiáng)敏感器件的抗干擾性能主要是指從敏感器件方面考慮一定程度上降低對干擾噪聲的影響，或者從不正常狀態(tài)下盡快恢復(fù)的方式。增強(qiáng)敏感器件抗干擾性能的常常使用的措施主要有五個方面：

（1）在進(jìn)行布線時最大限度的減少回路環(huán)的面積，從而來降低感應(yīng)噪音。

（2）在進(jìn)行布線時，電源線和地線要盡量選擇粗線。一方面是減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。

（3）對于單片機(jī)閑置的I/O口，不要進(jìn)行懸空，一定要接地或者連接電源。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）對單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路時，例如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可以大幅度增強(qiáng)整個電路的抗干擾的性能[3]。

（5）在速度能滿足需求的前提下，在一定程度上減少單片機(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，不建議使用IC座。

5 結(jié)語

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，電子電路的發(fā)展趨勢也是越來越好，很多的行業(yè)在實(shí)際的生活工作中應(yīng)用電子電路，因?yàn)殡娮与娐返谋旧頁碛泻軓?qiáng)的特殊性，在實(shí)際的工作開展過程時，通常情況下也是受到了很多因素的干擾，從而致使電子電路沒有辦法正常的運(yùn)行。本文也進(jìn)行提出了一些電子電路的抗干擾措施，為相關(guān)的技術(shù)人員提供一些建議與依據(jù)，相信在技術(shù)人員不斷的進(jìn)行開發(fā)與研究下，電子電路的干擾問題可以有效的進(jìn)行解決，進(jìn)而增強(qiáng)電子電路的穩(wěn)定性與可靠性，從而促進(jìn)電子電路在社會經(jīng)濟(jì)中的可持續(xù)發(fā)展。