關(guān)于數(shù)字電路抗干擾的問(wèn)題

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(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)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(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(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(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。

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(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)。 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,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。