电子学习之单片机的抗干扰性问题

电子学习之单片机的抗干扰性问题

摘自《单片机应用开发实例》

影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺的影响。这些都是单片机系统的干扰因素，长会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量，重则会导致事故，造成重大经济损失。

形成干扰的基本要素有3个。

（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述为du/dt、di/dt大的地方就是干扰源，如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等可能成为干扰源。

（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

（3）敏感器件。指容易被干扰的对象，如A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

干扰的分类

干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等进行不同的分类。按产生的原因可分为放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。

干扰的耦合方式

干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此，有必要查看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。

干扰的耦合方式主要有以下几种：

（1）直接耦合。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式，最有效的方法就是加入去偶电路，从而很好地抑制。

（2）公共阻抗耦合。这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑，使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。

（3）电容耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。

（4）电磁感应耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。

（5）漏电耦合。这种耦合在绝缘不好时就会发生。

抗干扰的主要方法

采取的抗干扰手段主要有以下几种。

1.抑制干扰源

抑制干扰源的常用措施如下：

（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。

（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路。

（3）给电机加滤波电容，注意电容、电感引线要尽量短。

（4）电路板上每个IC要并接一个0.01uF~0.1uF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠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，这会影响滤波效果。

（5）布线时避免90°折线，减少高频噪声发射。

（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。

2.切断干扰传播路径

切断干扰传播路径的常用措施如下：

（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。

（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，应加隔离器件。

（3）注意晶振布线。

（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号，干扰源尽可能远离敏感元件。

（5）用地线隔离数字区与模拟区。

（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小互相干扰。

（7）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，这样可显著提高电路的抗干扰性能。

测试单片机系统的可靠性

当一个单片机系统设计完成后，对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法，但是有一些是必须测试的。

（1）测试单片机软件功能的完善性。这是针对所有单片机系统功能的测试，测试软件时候写的正确完整。

（2）上电、掉电测试。在使用中用户必然会遇到上电和掉电的情况，可以进行多次开关电源，测试单片机系统的可靠性。

（3）老化测试。测试长时间工作情况下，单片机系统和可靠性。必要的话可以放置在高温、高压以及强电磁干扰的环境下测试。

（4）ESD和EFT等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性。例如使用静电模拟器测试单片机系统的抗静电ESD能力；使用突波杂讯模拟器进行快速脉冲抗干扰EFT测试等。