在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間,應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性 的要求,,避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施,。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,。如:A/D,、D/A變換器,單片機(jī),,數(shù)字IC,, 弱信號(hào)放大器等。
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主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實(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,,消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾,。僅加 續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開時(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串聯(lián)電路,,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,,減少高頻噪聲發(fā)射,。
(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,。
所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(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,。
切斷干擾傳播路徑的常用措施如下:
(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)。 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,,晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問題,。
(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,數(shù)字地與模擬地要分離,,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)和大功率器件的地線要單獨(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,。