如何應(yīng)對(duì)單片機(jī)中的串模干擾

一、光電隔離

開關(guān)量輸入/輸出通道和模擬量輸入/輸出通道，都是干擾竄入的渠道，要切斷這些渠道，就要去掉外部與輸入/輸出通道之間的公共地線，實(shí)現(xiàn)彼此電氣隔離以抑制干擾脈沖。最常用的隔離器是光電耦合器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 9.5(a)， 圖 9.5(b) 為接入光電耦合器的數(shù)字電路。

圖 9.5 二極管、三極管光電耦合器

光電耦合器的應(yīng)用非常廣泛，概括起來可分為兩類：一是輸入輸出的隔離;二是消除和抑制噪聲。

1.輸入/輸出隔離

當(dāng)回路用光電耦合器隔離后，線路非常簡(jiǎn)單，不必?fù)?dān)心輸入/輸出的接地。

1) 脈沖電路的應(yīng)用

門電路將不同電位的信號(hào)，加到光電耦合器上，構(gòu)成簡(jiǎn)單的邏輯電路，可方便地用于各種邏輯電路相連的輸入端，能把信號(hào)送到輸出端，而輸入端的噪聲不會(huì)送出。

2) 整形放大

在測(cè)量微弱電流時(shí)，常常采用由光電耦合器構(gòu)成的整形放大器。若放大器中使用機(jī)械換流器(或場(chǎng)效應(yīng)管)時(shí)，響應(yīng)速度慢，有尖峰干擾，影響電路工作。采用光電耦合器就沒有這樣的問題，尖峰噪聲可以去掉。

2.消除由負(fù)載引起的噪聲

用邏輯電路信號(hào)來驅(qū)動(dòng)可控硅 ，如圖 9.6 所示，由于負(fù)載為感性開關(guān)電路，產(chǎn)生的尖峰噪聲用光電耦合器隔離輸入輸出后，負(fù)載上的噪聲就 不會(huì)反饋到邏輯電路。

二、硬件濾波電路

常用的低通濾波器有 RC 濾波器、LC 濾波器、 雙 T 濾波器及有源濾波器等，它們的結(jié)構(gòu)圖分別見圖 9.7(a)、(b)、(c)、(d)。

圖 9.7 四種濾波器的結(jié)構(gòu)圖

RC 濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，不需調(diào)整。但它的串模抑制比不高，時(shí)間常數(shù) RC 較大，會(huì)影響放大器的動(dòng)態(tài)特性。

LC 濾波器的串模抑制比高，但需要繞制電感，體積大，成本高。

雙 T 濾波器對(duì)某一固定頻率的干擾具有很高的抑制比，主要用于工頻干擾，對(duì)高頻干擾無能為力。雙 T 濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整起來較麻煩。

有源濾波器可以獲得較為理想的頻率特性，但有源器件的共模抑制比一般難以滿足要求，其本身帶來的噪聲也比較大。

硬件濾波電路能夠削弱各類高頻干擾，但低通濾波器的截止頻率若定得很低( 如 0.1 Hz)，就難以勝任，此時(shí)可采用軟件濾波(數(shù)字濾波) 來實(shí)現(xiàn)。

三、過壓保護(hù)電路

在輸入通道上采用一定的過壓保護(hù)電路 ，以防引入高壓，損壞系統(tǒng)電路。過壓保護(hù)電路由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號(hào)電壓為宜。對(duì)于微弱信號(hào)(0.2V 以下)， 采用兩支反并聯(lián)的二極管，也可起到過壓保護(hù)作用。

四、調(diào)制解調(diào)技術(shù)

有時(shí)，有效信號(hào)的頻譜與干擾的頻譜相互交錯(cuò)，使用一般硬件濾波很難分離，可采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)。先用已知頻率的信號(hào)對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)頻譜應(yīng)遠(yuǎn)離干擾信號(hào)的頻譜區(qū)域。傳輸中各種干擾信號(hào)很容易被濾波器濾除，被調(diào)制的有效信號(hào)經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，恢復(fù)原狀。有時(shí)，不用硬件解調(diào)，運(yùn)用軟件中的相關(guān)算法，也可達(dá)到解調(diào)的目的。

五、抗干擾穩(wěn)壓電源

供電線路是干擾入侵系統(tǒng)的主要途徑，要使單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，在電源方面常用的抗干擾措施有：

(1) 應(yīng)用系統(tǒng)的供電線路和產(chǎn)生干擾的用電設(shè)備分開供電。

(2) 通過低通濾波器和隔離變壓器接入電網(wǎng)，如圖 9.8 所示。低通濾波器可吸收大部分電網(wǎng)中的“毛刺”。隔離變壓器在初級(jí)和次級(jí)之間加入了一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地。

(3) 整流組件上并接濾波電容。濾波電容選用 1000 pF ~ 0.01 μF 的瓷片 電容，接法 參見圖 9.8 。

(4) 采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源。要求電源的等效內(nèi)阻小于系統(tǒng)等效負(fù)載電阻數(shù)百倍。為 進(jìn)一步加強(qiáng)抗干擾效果，濾波電容采用電解電容并接上一個(gè)瓷片電容或獨(dú)石電容。參見圖 9.8 。在系統(tǒng)電路主板上，電源與地之間，最好每隔一定位置跨接一些濾波電容。

圖 9.8 抗干擾穩(wěn)壓電源

六、數(shù)字信號(hào)采用負(fù)邏輯傳輸

干擾源作用于高阻線路上，容易形成較大幅度的干擾信號(hào)，而對(duì)低阻線路影響要小一些。在數(shù)字系統(tǒng)中，輸出低電平時(shí)內(nèi)阻較小，輸出高電平 時(shí)內(nèi)阻較大。如果我們采用負(fù)邏輯傳輸，就可以減少干擾引起的誤動(dòng)作，提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?