電控板EMC通用設(shè)計(jì)參考V11

1、 家電類電控板EMC設(shè)計(jì)參考 VER1.1一范圍：電子控制板的EMC（電磁兼容性）涉及的范圍很廣，包括硬件線路、軟件編程、PCB設(shè)計(jì)、電控板所處的磁場(chǎng)環(huán)境等，其應(yīng)用特點(diǎn)又分為高頻、低頻，單雙面板、多層板等，數(shù)字、模擬、數(shù)字模擬混合等。目前我們要求通過(guò)的EMC測(cè)試類型有：EMS 電磁敏感度測(cè)試、EMI電磁騷擾測(cè)試、ESD防靜電測(cè)試,其中EMS出現(xiàn)的問(wèn)題最多。由于收集并分析了過(guò)去出現(xiàn)EMC問(wèn)題，因此在這里試圖總結(jié)出解決EMC問(wèn)題的方法。希望能為開(kāi)發(fā)工程師在解決/預(yù)防EMC時(shí)提供一點(diǎn)參考。二主要參考資料來(lái)源：www.emc- 安譜電磁兼容專業(yè)網(wǎng) 中國(guó)電磁兼容認(rèn)證中心

2、中國(guó)電磁兼容網(wǎng) 中國(guó)靜電信息網(wǎng) 電子質(zhì)量雜志社 中國(guó)PCB技術(shù)網(wǎng) 拓世電磁兼容元件/材料供應(yīng)商電磁兼容性原理及應(yīng)用 國(guó)防工業(yè)出版社電子控制設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社電磁兼容認(rèn)證及設(shè)計(jì)指南 電子質(zhì)量雜志社SCHAFFNER NSG2025 EMC HIGH FREQUENCY BURST TEST SYSTEM USERS MANUALMOTOROLA Electro-Magnetic Compatibility (EMC)三定義：1EMC（Electro Magnetic Compatibility）：直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他

3、設(shè)備的電磁能量干擾的能力。EMC的內(nèi)容包括EMI與EMS以及ESD等。2EMI（Electromagnetic Interference）：中意稱為“電磁騷擾”或“電磁干擾”。即設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量對(duì)其他設(shè)備的干擾程度。干擾途徑包括傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種：傳導(dǎo)干擾：是指通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾：是指干擾源通過(guò)空間把其信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。3EMS（ElectroMagnetic Susceptibility）：直譯是“電磁敏感度”。其意是指由于電磁能量造成性能下降的容易程度。電磁敏感度也分為輻射敏感度和傳導(dǎo)敏感度。4ESD（Electro

4、Static Discharge）：靜電放電，對(duì)EMC而言，ESD涉及的同樣是靜電騷擾和靜電敏感。6地線：在EMC中我們給地線定義為：信號(hào)流回源的低阻抗路徑。這個(gè)定義中突出了地線中電流的流動(dòng)。按照這個(gè)定義，很容易理解地線中電位差的產(chǎn)生原因。因?yàn)榈鼐€的阻抗總不會(huì)是零，當(dāng)一個(gè)電流通過(guò)有限阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓降。7地線的阻抗/電阻：地線的阻抗會(huì)引起的地線上各點(diǎn)之間的電位差能夠造成電路的誤動(dòng)作，要搞清這個(gè)問(wèn)題，首先要區(qū)分開(kāi)導(dǎo)線的電阻與阻抗兩個(gè)不同的概念。電阻指的是在直流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流呈現(xiàn)的阻抗，而阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電的阻抗，這個(gè)阻抗主要是由導(dǎo)線的電感引起的。任何導(dǎo)線都有電感，當(dāng)頻率較高時(shí)，導(dǎo)

5、線的阻抗遠(yuǎn)大于直流電阻，在實(shí)際電路中，造成電磁干擾的信號(hào)往往是脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)包含豐富的高頻成分，因此會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電壓。四概述：電磁兼容三要素是干擾源（騷擾源）、耦合通路和敏感體。切斷以上任何一項(xiàng)都可解決電磁兼容問(wèn)題，如下圖所示。圖中RE為輻射發(fā)射，RS為輻射敏感度，CE為傳導(dǎo)發(fā)射，CS為傳導(dǎo)敏感度。電磁騷擾途徑: 過(guò)電源，經(jīng)過(guò)信號(hào)線或控制電纜，場(chǎng)滲透，經(jīng)過(guò)天線直接進(jìn)入；并且有電纜耦合，從其它設(shè)備來(lái)的傳導(dǎo)干擾，電子系統(tǒng)內(nèi)部場(chǎng)耦合，其它設(shè)備的輻射干擾。干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的作用可分為三個(gè)部分，第一個(gè)部位是輸入系統(tǒng)，它使模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)出錯(cuò)，系統(tǒng)如根據(jù)該信號(hào)做出的反應(yīng)必然是錯(cuò)誤的。第二

6、個(gè)部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號(hào)混亂，不能正常反映系統(tǒng)的真實(shí)輸出量，從而導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果。第三個(gè)部位是單片機(jī)的內(nèi)核，干擾使三總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，使CPU工作出錯(cuò)。對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)而言，抗干擾有硬件（包括PCB）和軟件措施，硬件如設(shè)置得當(dāng)，可將絕大多數(shù)的干擾拒之門外，但仍然有部分的干擾竄入系統(tǒng)，引起不良后果，因此，軟件抗干擾也是必不可少的。但軟件抗干擾是以CPU的開(kāi)銷為代價(jià)的，如果沒(méi)有硬件措施消除大部分的干擾，CPU將忙于應(yīng)付，會(huì)影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和工作效率。成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件相結(jié)合而構(gòu)成的。硬件抗干擾具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，但要增加系統(tǒng)的成本和體積，軟件抗干擾具有投資低的優(yōu)點(diǎn)，但要降低系統(tǒng)

7、的工作效率。由于應(yīng)用系統(tǒng)的工作現(xiàn)場(chǎng)，往往有許多強(qiáng)電設(shè)備，它們的啟動(dòng)和工作過(guò)程將對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾；也由于被控制對(duì)象和被測(cè)信號(hào)往往分布在不同的地方，即整個(gè)控制系統(tǒng)的各部分之間有較遠(yuǎn)的距離，信號(hào)線和控制線均可能是長(zhǎng)線，這樣電磁干擾就很容易以不同的途徑和方式混入應(yīng)用系統(tǒng)之中。如果上述來(lái)源于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的干擾稱為系統(tǒng)內(nèi)部的干擾源的話，那么還有來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)以外的所謂外部干擾源，如外電源（如雷電）對(duì)電網(wǎng)的沖擊，外來(lái)的電磁輻射等。不管哪種干擾源，對(duì)單片機(jī)的干擾總是以輻射、電源和直接傳導(dǎo)等三種方式進(jìn)入的，其途徑主要是空間、電源和過(guò)程通道。按干擾的作用形式分類，干擾一般有串模干擾和共模干擾兩種。抗干擾的方法則針對(duì)

8、干擾傳導(dǎo)的源特征和傳導(dǎo)方式，采取抑制源噪聲，切斷干擾路徑，和強(qiáng)化系統(tǒng)抵抗干擾等三種方式。對(duì)于電氣與電子產(chǎn)品，應(yīng)該采用各種干擾抑制技術(shù)，使產(chǎn)品的電磁發(fā)射低于標(biāo)準(zhǔn)所允許的限值。以下分硬件、PCB設(shè)計(jì)、軟件三方面提出抗干擾的建議：五硬件抗干擾：硬件的解決方案常用的方法主要有接地屏蔽、和濾波、增加抗干擾線路等、使用抗干擾元件、線路等。1. 切斷干擾路徑控制干擾源的發(fā)射，除了從干擾源的機(jī)理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平之外，廣泛的應(yīng)用著屏蔽（包括隔離）、濾波與接地技術(shù)。屏蔽主要用于切斷通過(guò)空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場(chǎng)耦合形成的電磁噪聲傳播途徑。此三種耦合分別對(duì)應(yīng)于采取的靜電屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽與電磁屏蔽

9、。衡量屏蔽的質(zhì)量采用屏蔽效能這一指標(biāo)。屏蔽主要研究各種材料（例如：金屬材料、磁性材料、復(fù)合材料等）、各種結(jié)構(gòu)（例如：多層、單層、孔隙等）及各種形狀的屏蔽體的屏蔽效能，研究屏蔽體的設(shè)計(jì)以及屏蔽與接地的關(guān)系等。隔離是用于切斷傳導(dǎo)形式的電磁噪聲的傳播途徑。例如應(yīng)用繼電器、隔離變壓器或光電隔離器件等。其特點(diǎn)是可將兩部分電路的地線系統(tǒng)分割開(kāi)來(lái)，切斷通過(guò)地阻抗進(jìn)行耦合的可能性。濾波是在頻域上處理噪聲的一種技術(shù)。其特點(diǎn)是將不需要的一部分頻譜濾掉。例如對(duì)電源濾波器，只保留50Hz的電源頻率，濾除所有其它頻率的電磁噪聲，而對(duì)于各種不同的信號(hào)濾波器，其保留的通帶視其信號(hào)所需而定。接地是提供有用信號(hào)或無(wú)用信號(hào)，電磁

10、噪聲的公共通路。包括安全地、信號(hào)地、電源中線以及系統(tǒng)內(nèi)的各種地線等等。其研究?jī)?nèi)容主要是如何正確地布置地線，接地體的設(shè)計(jì)，地線在各種不同頻率時(shí)的阻抗等等。具體的一些做法：11.變壓器雙隔離措施:變壓器初級(jí)輸入端串接電容,初、次級(jí)線圈間屏蔽層與初級(jí)間電容中心接點(diǎn)接大地,次級(jí)外屏蔽層接印板地,這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手段。12. I/O口用光電、磁電、繼電器隔離:去掉與CPU的公共地。13.要求I/O口分別接至GND或通過(guò)上拉電阻接至Vcc。由于時(shí)序邏輯電路的輸出端能是其內(nèi)部的輸入，其閑置的輸出端要避免懸空，高電平/高阻狀態(tài)的可以而應(yīng)對(duì)地接入1000PF高頻電容。特別是CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)

11、，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。14. A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換:減少誤差。15.外殼接大地:解決人身安全及防外界電磁場(chǎng)干擾。1. 6.CPU屏蔽方法：對(duì)于CPU直接暴露在強(qiáng)電磁場(chǎng)狀態(tài)下其它措施均不能達(dá)到要求的情況下使用,須注意的要點(diǎn)是屏蔽罩(一般用銅質(zhì))在電路板上的接地點(diǎn)不能是易受干擾的敏感地（如CPU、復(fù)位、晶振等附近的地），建議接在有濾波電容的電源源頭處的地線連接。1.7.電控殼屏蔽：整個(gè)電控板的屏蔽能杜絕整機(jī)負(fù)載如壓縮機(jī)、電機(jī)及其連接導(dǎo)線等的輻射干擾。2.增加退藕/濾波電容：濾波是為了抑制尖峰干擾。當(dāng)電路中開(kāi)關(guān)元件或者數(shù)字電路處于狀態(tài)改變時(shí)，會(huì)在電源上產(chǎn)生一個(gè)很大的

12、尖峰電流，從而形成尖峰的噪聲電壓。這一點(diǎn)在負(fù)載比較大或者負(fù)載是感性負(fù)載時(shí)特別明顯。因而在電源和其它部位采用適當(dāng)?shù)臑V波電路，對(duì)從電源引入的干擾有很好的抑制作用。當(dāng)然濾波還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這個(gè)應(yīng)用，但對(duì)我們抗干擾來(lái)說(shuō)，這個(gè)是比較有影響的方面之一。 濾波器按照結(jié)構(gòu)通常分為無(wú)源濾波器，有源濾波器和數(shù)字濾波器。無(wú)源濾波器主要由電阻、電容、電感等無(wú)源無(wú)件組成；有源濾波器是指具有有源器件（三極管或者運(yùn)放電路）的濾波器； 數(shù)字濾波器是由軟件組成的濾波器。在抗干擾應(yīng)用中，用的最多的是無(wú)源低通濾波器。以下介紹一下常用的由電容電感所組成的無(wú)源低通電源濾波器。 2.1電容濾波器：我們都知道，容抗跟頻率成反比，頻率越高，容抗越

13、小， 所以在電源線上并聯(lián)上電容，可以有一定的抑制噪聲的功能。由于噪聲有共模和差模的區(qū)分，所以，我們所用的電路也要對(duì)兩種區(qū)分對(duì)付。對(duì)于共模噪聲，我們需要采用兩個(gè)電容分別將電源線引入到地；對(duì)于差模噪聲，我們只要簡(jiǎn)單的在兩線間并上一個(gè)電容就可以完成。如下圖：C1和C2用來(lái)抑制共模干擾；而C3用來(lái)抑制差模干擾，從而形成一個(gè)比較實(shí)用的電路用于濾波的電容器，我們通常要求耐壓高，漏電小，自諧振頻率高。對(duì)于直流電源端，我們可以采用一個(gè)大電解電容和一個(gè)小的CBB或者獨(dú)石電容并聯(lián)的做法來(lái)兼顧容量和通頻帶問(wèn)題。 2.2電感濾波：感抗跟頻率成正比，所以電感濾波器采用串入電路的作法，對(duì)高頻干擾產(chǎn)生很強(qiáng)的抑制作用。對(duì)于濾

14、波用的電感器，我們要求不易磁飽和、并且直流電阻小的電感，在電源濾波器中，我們通常采用帶有磁芯的線圈。特別要說(shuō)明的是一種特殊的電感濾波器-共模軛流圈。它是由在繞制在同一個(gè)磁芯上的兩個(gè)方向相反的線圈組成。當(dāng)負(fù)載電流流過(guò)時(shí)，由于方向相反，產(chǎn)生的磁通也相互抵消，不會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象；當(dāng)共模電流流過(guò)時(shí)，由于方向相同，產(chǎn)生的磁通也相同，使得電感的作用加倍，因而對(duì)共模干擾具有很強(qiáng)的抑制作用。下圖為交流端較常用的濾波電路，能濾取一部分的市電干擾:2.3. 阻容（RC）網(wǎng)絡(luò) 對(duì)于消除電感性負(fù)載產(chǎn)生的干擾，采用阻容（RC）網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電感性負(fù)載切投所產(chǎn)生干擾的抑制，可采用在負(fù)載兩端并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)的方法，其目的是降低干擾幅

15、值，減少干擾頻率。較常用的還有接在AC220V交流電源兩端，繼電器開(kāi)關(guān)端，可控制硅T1、T2、負(fù)載端。2.4退藕電容配置： PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)?退藕電容。退藕電容的一般配置原則是： (1)電源輸入端跨接10 100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。 (2)原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.1uF的瓷片電容，如果如遇印制板上空間足夠，則加放一個(gè)0.01uF，拓寬濾波的頻段，如空隙不夠，可每48個(gè)芯片布置一個(gè)1 10pF的坦電容。 (3)對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接

16、入退藕電容。(4)電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。方面貼片電容可以避免，直接裝在IC底部可以獲得最好的效果。此外，還應(yīng)注意的要點(diǎn)：(1）在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時(shí)操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用附圖所示的 RC 電路 來(lái)吸收放電電流。一般 R 取 1 2K，C取2.2 47UF。(2) CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND間接電解電容及瓷片電容:。抑制數(shù)字電路造成的電源波動(dòng)耦合干擾: 在板內(nèi)每一個(gè)芯片的Vcc和GND之間要接入旁路電容，去掉高、低頻干擾脈沖,以便該芯片造成的電源波動(dòng)被就近吸收，減小其對(duì)其它芯片的影響。在接入旁路電容時(shí)應(yīng)盡可能靠近

17、芯片，使Vcc-GND通過(guò)旁路電容構(gòu)成的回路面積最小。為了防止每一塊印刷板通過(guò)Vcc、GND對(duì)其它印刷板造成傳導(dǎo)性耦合，其Vcc-GND入口處要接入一個(gè)大容量的電解電容，并入一個(gè)0.010.1u的高頻電容，以吸收該板的電平波動(dòng)。板與板間連接電源口的插座出口均有電界及電容，可以減少很多板與板間的電流波動(dòng)引起的電平起伏。其布線要點(diǎn)在下一節(jié)有說(shuō)明。(3)交流端用電感電容濾波(T型或p型等):去掉高頻低頻干擾脈沖。(4)次級(jí)加低通濾波器:吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓。(5)其他一些需注意增加電容、電解的電路：3.一些抗干擾線路3.1.隔離12V地與5V地串?dāng)_的電源線路：上圖為利用2個(gè)背對(duì)背的二極管隔離開(kāi)1

18、2V與5V的地線，避免12V負(fù)載引起的波動(dòng)干擾5V電源的GND。下圖為在傳統(tǒng)三極管穩(wěn)壓電路上增加一三極管隔動(dòng)態(tài)隔離開(kāi)12V與5V的GND。應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的是線路上須分清12V與5V的GND，并分別接到電源。4.其他措施4.1.采用集成式直流穩(wěn)壓電源（7812，7805等）:因?yàn)橛羞^(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)。4.2.通訊線用雙絞線:排除平行互感。4.3.對(duì)于微弱信號(hào)的模擬地：如果A/D轉(zhuǎn)換器在采集050mv的微小信號(hào)時(shí)，模擬地的接法極為重要，為提高抗干擾能力，可采用三線采樣雙層屏蔽浮地技術(shù)。4.4.加復(fù)位電壓檢測(cè)電路:防止復(fù)位不充份,CPU就工作,尤其有EEPROM的器件,復(fù)位不充份會(huì)改變EEPROM

19、的內(nèi)容。4.5.檢查CPU輸入/輸出總電流是否太大導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，如太大則改用外接三極管驅(qū)動(dòng)。4.6.采用內(nèi)阻小、平均電流足夠大的變壓器4.7. 按功能優(yōu)化分配I/O口，在此基礎(chǔ)上調(diào)換I/O口使布線交叉（跳線）減少，曲線減少。48熱地情況：采用電容或電阻降壓的電源的電路很容易從市電引入傳導(dǎo)干擾，必須增加抗電源沖擊的元件：強(qiáng)電端的濾波電容、抗氧化膜限流電阻、壓敏電阻、PTC等以及用較好的穩(wěn)壓電路。出于安全考慮，一般CPU的地線(半波整流時(shí))應(yīng)連在零線端，而不是火線。另外，改用橋式整流可以減少紋波。4.9檢查硬件線路是否合理或存在隱藏的可導(dǎo)致電磁敏感度下降的因素，有時(shí)電磁兼容性差與線路是否設(shè)計(jì)周詳

20、（雖然可以正常運(yùn)作）有直接關(guān)系。如交流電壓降低到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)變壓器是否能提供合乎要求的電流/電壓水平，三極管的偏置狀態(tài)是否處于最佳放大曲線,元器件的功率是否有足夠的裕量，數(shù)字/模擬電路的電源是否分開(kāi)等。5應(yīng)用于抗干擾的電子元器件a. 采用EMI吸收磁珠（磁環(huán)）EMI吸收磁珠的材料采用高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)而成，專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，它還具有吸收靜電脈沖的能力，使電子設(shè)備達(dá)到電磁兼容（EMI/EMC/EMS/ESD）的響應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。使用注意事項(xiàng)：（1） 注意固定，避免碰撞破碎，可用熱溶膠固定。（2） 磁環(huán)實(shí)際體積越大吸收效果越好。（3） 磁環(huán)使用中應(yīng)使環(huán)的

21、內(nèi)徑與線徑相接近為佳，這樣可使靠近線的弱干擾信號(hào)都可有效吸收。（4） 磁環(huán)可反復(fù)多穿幾次，可改善其性能，但圈數(shù)太多易引起飽和，也會(huì)影響性能。在直流系統(tǒng)上防止飽和的一個(gè)辦法是將+-極兩根線穿過(guò)統(tǒng)一磁環(huán)。（5） 注意磁環(huán)的有效頻段應(yīng)是5MHZ以上，效果較好頻段為5MHZ-300MHZ。b.采用壓敏電阻，壓敏電阻是一種對(duì)電壓敏感的非線性電阻器件，其特性就象雙向穩(wěn)壓管一樣，是一種無(wú)極性的非線性對(duì)稱的抑制電感性負(fù)載反電勢(shì)干擾和保護(hù)觸頭的器件，既實(shí)用于直流電路也實(shí)用于交流電路，可接在觸點(diǎn)上也可接在線圈上。與RC網(wǎng)絡(luò)相比，其參數(shù)選擇較容易，且不會(huì)由于電容的充放電而損傷觸點(diǎn)。壓敏電阻還具有溫度系數(shù)小，電壓范圍

22、寬（幾伏到上萬(wàn)伏），耐沖擊性好，壽命長(zhǎng)，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電源的干擾很多，而交流電的質(zhì)量不好，也會(huì)成為一個(gè)重要的干擾源金屬氧化物壓敏電阻 :由于價(jià)廉，壓敏電阻是目前廣泛應(yīng)用的瞬變干擾吸收器件。描述壓敏電阻性能的主要參數(shù)是壓敏電阻的標(biāo)稱電壓和通流容量即浪涌電流吸收能力。前者是使用者經(jīng)常易弄混淆的一個(gè)參數(shù)。壓敏電阻標(biāo)稱電壓是指在恒流條件下（外徑為7mm以下的壓敏電阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出現(xiàn)在壓敏電阻兩端的電壓降。由于壓敏電阻有較大的動(dòng)態(tài)電阻，在規(guī)定形狀的沖擊電流下（通常是8/20s的標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流）出現(xiàn)在壓敏電阻兩端的電壓（亦稱是最大限制電壓）大約是壓敏電阻標(biāo)

23、稱電壓的1.82倍（此值也稱殘壓比）。 這就要求使用者在選擇壓敏電阻時(shí)事先有所估計(jì)，對(duì)確有可能遇到較大沖擊電流的場(chǎng)合，應(yīng)選擇使用外形尺寸較大的器件（壓敏電阻的電流吸收能力正比于器件的通流面積，耐受電壓正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件體積）。 使用壓敏電阻要注意它的固有電容。根據(jù)外形尺寸和標(biāo)稱電壓的不同，電容量在數(shù)千至數(shù)百pF之間，這意味著壓敏電阻不適宜在高頻場(chǎng)合下使用，比較適合于在工頻場(chǎng)合，如作為晶閘管和電源進(jìn)線處作保護(hù)用。 特別要注意的是，壓敏電阻對(duì)瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能（達(dá)ns）級(jí)，故安裝壓敏電阻必須注意其引線的感抗作用，過(guò)長(zhǎng)的引線會(huì)引入由于引線電感產(chǎn)生的感應(yīng)電壓（在示波器上，感應(yīng)電

24、壓呈尖刺狀）。引線越長(zhǎng)，感應(yīng)電壓也越大。為取得滿意的干擾抑制效果，應(yīng)盡量縮短其引線。 關(guān)于壓敏電阻的電壓選擇，要考慮被保護(hù)線路可能有的電壓波動(dòng)（一般取1.21.4倍）。如果是交流電路，還要注意電壓有效值與峰值之間的關(guān)系。所以對(duì)220V線路，所選壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)當(dāng)是220×1.4×1.4430V。 此外，就壓敏電阻的電流吸收能力來(lái)說(shuō)，1kA（對(duì)8/20s的電流波）用在晶閘管保護(hù)上，3kA用在電器設(shè)備的浪涌吸收上；5kA用在雷擊及電子設(shè)備的過(guò)壓吸收上；10kA用在雷擊保護(hù)上。 壓敏電阻的電壓檔次較多，適合作設(shè)備的一次或二次保護(hù)。 c硅瞬變電壓吸收二極管（TVS管） 硅瞬變電

25、壓吸收二極管具有極快的響應(yīng)時(shí)間（亞納秒級(jí)）和相當(dāng)高的浪涌吸收能力，及極多的電壓檔次?？捎糜诒Ｗo(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。 使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護(hù)電路工作電壓高10左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓，使TVS漏電流影響電路正常工作；也避免因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。 TVS管在使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)： ·對(duì)瞬變電壓的吸收功率（峰值）與瞬變電壓脈沖寬度間的關(guān)系。手冊(cè)給的只是特定脈寬下的吸收功率（峰值），而實(shí)際線路中的脈沖寬度則變化莫測(cè)，事前要有估計(jì)。對(duì)寬脈沖應(yīng)降額使用。 ·對(duì)

26、小電流負(fù)載的保護(hù)，可有意識(shí)地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當(dāng)，不會(huì)影響線路的正常工作，但限流電阻對(duì)干擾所產(chǎn)生的電流卻會(huì)大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來(lái)對(duì)小電流負(fù)載線路進(jìn)行保護(hù)。 ·對(duì)重復(fù)出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內(nèi)。 ·作為半導(dǎo)體器件的TVS管，要注意環(huán)境溫度升高時(shí)的降額使用問(wèn)題。 ·特別要注意TVS管的引線長(zhǎng)短，以及它與被保護(hù)線路的相對(duì)距離。 ·當(dāng)沒(méi)有合適電壓的TVS管供采用時(shí)，允許用多個(gè)TVS管串聯(lián)使用。串聯(lián)管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個(gè)。而峰值吸收功率

27、等于這個(gè)電流與串聯(lián)管電壓之和的乘積。 ·TVS管的結(jié)電容是影響它在高速線路中使用的關(guān)鍵因素，在這種情況下，一般用一個(gè)TVS管與一個(gè)快恢復(fù)二極管以背對(duì)背的方式連接，由于快恢復(fù)二極管有較小的結(jié)電容，因而二者串聯(lián)的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。如變頻模塊的強(qiáng)電部分就有使用，但如果沒(méi)有太大成本的限制，用在CPU 5V電源上應(yīng)有一定效果。d.還有一些在家電控制板較少使用的如：饋通濾波器、片狀濾波器、數(shù)據(jù)線濾波器等。六PCB設(shè)計(jì)抗干擾： 制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB 板的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程，隨著電于技術(shù)的飛

28、速發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾 能力影響很大。雖然PCB的改動(dòng)周期長(zhǎng)、任務(wù)重，但是不會(huì)以增加成本為代價(jià)。因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)。一開(kāi)始就應(yīng)遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。1布局在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過(guò)程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，過(guò)小過(guò)擠，則散熱不好，工藝不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB 尺寸后再確定特殊元件或需固定元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元

29、器件進(jìn)行布局。要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB,應(yīng)遵循以下一般原則：11在確定元件的位置時(shí)要遵守以下原則： (1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。 (2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。 (詳見(jiàn)“PCB電間距標(biāo)準(zhǔn)”一文)1 2根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則： (1)鑒于電源線對(duì)抗干擾舉足輕重，應(yīng)先考慮

30、電源（特別是GND）如何走線（后有說(shuō)明）。(2)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。2.走線21走線的原則如下l 在數(shù)字電路中，傳導(dǎo)耦合主要是通過(guò)電源和地線引入的性耦合，從設(shè)計(jì)上要避免印刷線構(gòu)成環(huán)路，當(dāng)然包括電源線和地線，這樣既可以消除地環(huán)流，又使其不受外界磁場(chǎng)的干擾。對(duì)于容性耦合，要設(shè)法減小信號(hào)線之間的分布電容.l 盡量減少線路的電感量（高頻時(shí)），使信號(hào)不

31、失真地傳送。線路太長(zhǎng)、太細(xì)、直角走線，跳線，過(guò)孔均會(huì)使線路電感量增大，并且頻率高/易受干擾的的線路，越需重視。頻率高的線為：晶振線、高速掃描/驅(qū)動(dòng)線和復(fù)用線；易受干擾的線為：CPU電源線、信號(hào)輸入線、復(fù)用線等。Il 當(dāng)兩面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合。作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。l 多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計(jì)在多層印制線路板的內(nèi)層，信號(hào)線設(shè)計(jì)在內(nèi)層和外層。l 輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必

32、要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。例如，當(dāng)PCB上某一帶狀線上載人控制和邏輯電平，與其靠近的第二條帶狀線上載有低電平信號(hào)，當(dāng)平行布線長(zhǎng)度超過(guò)10厘米時(shí)，很可能產(chǎn)生串?dāng)_。中斷信號(hào)連線不大于10厘米,防止誤觸發(fā)、感應(yīng)觸發(fā)。l 印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和 流過(guò)它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 15mm 時(shí) 通過(guò) 2A的電流，溫度不會(huì)高于3，因此導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。 對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.20.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許， 還是盡可能用寬線尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情

33、況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至0.2mm。右圖為厚度35um（1安士）的導(dǎo)線溫升與導(dǎo)線寬度和負(fù)載電流的關(guān)系。2.2.一些重要的走線對(duì)線路形狀、長(zhǎng)短、粗細(xì)等的要求：重要程度(以星的數(shù)量區(qū)分)要求走直線，轉(zhuǎn)角次數(shù)越少越好線寬越好越短越好少用跳線連接雙面板時(shí)盡量不通過(guò)過(guò)孔連接備注(以下均為進(jìn)行EFT干擾時(shí)的現(xiàn)象)普通低頻率開(kāi)關(guān)信號(hào)線（如繼電器驅(qū)動(dòng)線、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)線、非掃描LED驅(qū)動(dòng)線等）-高頻率開(kāi)關(guān)掃描顯示驅(qū)動(dòng)線（如LED數(shù)碼管、串行轉(zhuǎn)并行輸入/輸出線、I/O口復(fù)用線*造成顯示閃爍或錯(cuò)碼CPU正極電源線（整流橋到CPU段）*CPU電源地線（整

34、流橋到CPU段）*+12V等除CPU供電電壓的電源線-整流前的交流低壓正電源線-其他地線*要通過(guò)過(guò)孔兩面屏蔽(地線的過(guò)孔應(yīng)比信號(hào)線的大)避免因整個(gè)地線電位波動(dòng)導(dǎo)致死機(jī)或復(fù)位復(fù)位信號(hào)線*造成復(fù)位晶震線（三根線）*擾亂震蕩頻率而復(fù)位或死機(jī)負(fù)載強(qiáng)電線-出于安全考慮一般不用跳線-A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)線*影響傳感器精度檢測(cè)或超出檢測(cè)范圍檢測(cè)類的信號(hào)線*標(biāo)“-”的格表示此屬性并不重要2.3.電源線的走線231 電源、地線的處理    既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、 地線的

35、布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm 對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。 232 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理    現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電

36、路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來(lái)說(shuō)，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。1.電源線（設(shè)計(jì) 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。 同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣

37、有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。 2地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)的原則是： (1)數(shù)字地與模擬地分開(kāi)。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量 分開(kāi)。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后 再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用 柵格狀大面積地箔。 (2)接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化， 使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。 如有可能，接地線應(yīng)在23mm以上。 (3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多 能提高抗噪聲能力。 印制導(dǎo)線的公共地線，

38、應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長(zhǎng)條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)線的公共地線最好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因?yàn)楫?dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時(shí)，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時(shí)，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向平行，這是抑制噪聲能力增強(qiáng)的秘訣。2 3.3.接地的方式（1）一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的原則，一般而言，低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點(diǎn)接地，高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點(diǎn)就近接地。因?yàn)樵诘皖l電路

39、中，布線和元件的電感較小，而接地電路形成的環(huán)路，對(duì)干擾的影響卻較大，因此應(yīng)一點(diǎn)接地；對(duì)高頻電路，地線上具有電感，因而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生了電感耦合。當(dāng)頻率甚高時(shí)，特別是當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度等于1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變得很高，這時(shí)地線變成了天線，可以向外輻射噪聲信號(hào)。單片機(jī)控制系統(tǒng)的頻率較低，對(duì)其起作用的干擾頻率也大多在1MHz以下，故宜采用一點(diǎn)接地。在1MHz10MHz之間，如果用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20。否則宜采用多點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地方式有串聯(lián)一點(diǎn)接地和并聯(lián)一點(diǎn)接地，串聯(lián)一點(diǎn)接地的每一個(gè)支路之間地線應(yīng)盡可能縮短，線徑應(yīng)足夠粗，電平較低的支路應(yīng)安排在距電源最近

40、。并聯(lián)一點(diǎn)接地各支路電流在導(dǎo)線上所產(chǎn)生的壓降互不影響，不會(huì)形成干擾，這是其優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)較為麻煩。（2）交流地與信號(hào)地不能共用，因?yàn)樵谝欢坞娫吹鼐€的兩點(diǎn)之間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾，所以交流地和信號(hào)地不能共用。（3）數(shù)字地和模擬地，數(shù)字地通常具有很大的噪聲，而且電平的跳躍會(huì)造成很大的電流尖峰。所有的數(shù)字公共導(dǎo)線地應(yīng)該與模擬公共導(dǎo)線地分開(kāi)走線，然后只是在一點(diǎn)匯在一起。特別是在ADC和DAC電路中，尤其要注意地線的正確連接，否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確，且干擾嚴(yán)重。因此ADC和DAC應(yīng)提供一個(gè)獨(dú)立的模擬地和數(shù)字地，將所有器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，模擬公共地和數(shù)字

41、公共地僅在一點(diǎn)上相連接。3 其他：l 關(guān)于鋪地建議先按照EMC規(guī)則連接好所有地線，然后再鋪地（即鋪地只起加粗地線的和屏蔽的作用）,而且對(duì)于違反EMC規(guī)則的鋪地連接處應(yīng)用禁止布線層斷開(kāi)。不然隨意的鋪地可能會(huì)連接了本來(lái)應(yīng)該分開(kāi)的地線，或者增加了不必要的地環(huán)路，有時(shí)只會(huì)使EMC性能更差。l 總體來(lái)說(shuō)，在遇到EMC問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用貼片元件要好與插件元件，應(yīng)用雙面板要好于單面板l 走線應(yīng)遵循的三要素是短、粗、直。l 45度轉(zhuǎn)角線的最佳長(zhǎng)度參考：線寬=W,那么45度線的線長(zhǎng)>5Wl 地線采用星型布線時(shí)，也就是分開(kāi)所有的電流支路的地線，如： 晶震，復(fù)位可與CPU一路 （甚至復(fù)位也可單獨(dú)一路） 傳感器一路不

42、通過(guò)CPU內(nèi)部的其它地線 LED,LCD等5V的負(fù)載一路 不是5V的大電流的繼電器，蜂鳴器等負(fù)載一路 l 需緊靠的電路/元器件CPU-晶振-復(fù)位 (CPU-晶振尤其重要）CPU電源口-濾波整流電路 (CPU的地線尤其重要)濾波高頻瓷片電容-CPU的電源管腳（特別是地的引腳）l 關(guān)于鋪地鋪地只用一點(diǎn)接在濾波電解處。 l PCB兩平行走線之等效電路：因此5V和GND用平行的走線連進(jìn)CPU對(duì)抗干擾是比較好的布線，因?yàn)閮蓷l平行線本身就等效于無(wú)數(shù)小個(gè)電容，起濾波的作用。l 跳線引起電壓變化的理論模型：V=L di/dt （L=500nH，I=10mA,t=5ns ）V= V=1volts也就是在上面的條

43、件下，1條線的上壓降可達(dá)1V。4 PCB電源布線范例比較：（請(qǐng)對(duì)照表2.2.）例1：左圖的錯(cuò)誤為：1 晶振連線太長(zhǎng)。2 增加跳線時(shí)優(yōu)先復(fù)位線而不是地線。3 晶振的地線不可用于接其他接地點(diǎn)。中間圖為正確的布線，右圖為更好的布線。 例2：左圖的錯(cuò)誤為：1增加跳線時(shí)優(yōu)先VDD線而不是GND線。中間圖為正確的布線，能做到VDD與GND都不用跳線的右圖為更好的布線例3： 若電源因板型位置等離CPU較遠(yuǎn)，那么那么應(yīng)優(yōu)先縮短DC線而不時(shí)AC線。例4：左圖有兩處（打“X”處）沒(méi)有分開(kāi)12V與5V的GND（數(shù)字地與模擬地），而右圖顯示的兩處分地點(diǎn)比較合適。例5：板與板間連接電源線的插座出口均有電界及電容，可以減

44、少很多板與板間的電流波動(dòng)引起的電平起伏。但左圖打“X”的線略過(guò)了濾電容。例6：對(duì)于解決直接干擾CPU的干擾源來(lái)說(shuō)。數(shù)據(jù)線的限流電阻靠近CPU放置比遠(yuǎn)離CPU放置好。七軟件抗干擾： 硬件系統(tǒng)抗干擾措施是非常必要的，它給單片機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)基本是“干凈”的工作環(huán)境，但并不能保證百分之百的效果。各種軟件抗干擾措施也是非常必要的，一個(gè)系統(tǒng)只有選用一些有關(guān)的硬件抗干擾措施和針對(duì)具體環(huán)境的軟件措施，才能構(gòu)成一個(gè)可靠的系統(tǒng)。1數(shù)字信號(hào)輸入輸出中的軟件抗干擾措施在CPU工作正常，干擾作用在系統(tǒng)I/O口上時(shí)，可用如下方法使干擾對(duì)數(shù)字信號(hào)的輸入輸出影響減少或消失。1.1.數(shù)字信號(hào)的輸入方法一般而言，干擾信號(hào)多呈毛

45、刺狀，作用時(shí)間短，可利用此特點(diǎn)在采集某一信號(hào)時(shí)，多次重復(fù)采集，直到兩次或兩次以上的采集結(jié)果完全一致方為有效，若多次采集信號(hào)總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)。對(duì)于較寬的干擾，可在每次采集之間接入一段延時(shí)（100us左右）。采集多用查詢代替中斷,把中斷源減到最少。1.2.數(shù)字信號(hào)的輸出方法在軟件上，最為有效的輸出方法就是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，重復(fù)周期盡可能短，即使外部設(shè)備接受了一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信息，還未來(lái)得及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的信息又來(lái)到，可以防止誤動(dòng)作的產(chǎn)生。在結(jié)構(gòu)上可將輸出過(guò)程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)放入監(jiān)控循環(huán)中，由于監(jiān)控程序都較短，可及時(shí)防止誤動(dòng)作。1.3.模擬信號(hào)的輸入模擬信號(hào)必須經(jīng)過(guò)A/D

46、轉(zhuǎn)換之后方能被單片機(jī)接受，而干擾作用于模擬信號(hào)之后，使轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實(shí)值，干擾分為周期性和非周期性兩種，對(duì)非周期性隨機(jī)干擾可采用數(shù)字濾波的方法來(lái)抑制，以下為幾種常用濾波方式。a程序判斷濾波很多的物理量變化是需要一定的時(shí)間，相鄰兩次采樣值之間的變化也有一定的限度，可從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)設(shè)定一個(gè)最大可能的變化范圍，每次采樣后都和上次采樣有效值比較，如變化幅度不超過(guò)經(jīng)驗(yàn)值，本次采樣有效，否則本次采樣視為干擾而放棄。b中值濾波對(duì)目標(biāo)參數(shù)連續(xù)進(jìn)行若干次采樣，然后將采樣值進(jìn)行排序，選取中間位置的采樣值作為有效值。c算術(shù)平均濾波對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)采樣，然后求其算術(shù)平均值作為有效采樣值，該算法適用于抑制隨機(jī)干擾，采樣次

47、數(shù)越大，平滑效果越好，但系統(tǒng)靈敏度會(huì)下降。d去極值平均濾波如果系統(tǒng)受到明顯的脈沖干擾，平均濾波無(wú)法將其消除 ，只是將影響削弱，可在采樣n 次后，將其累加求和，并找出最大值和最小值，從累加和中減去，按n-2個(gè)采樣值來(lái)求均，即可得有效采樣值。e加權(quán)平均濾波算術(shù)平均濾波和去極值平均濾波存在平滑性和靈敏度的矛盾，采樣次數(shù)太少了，平滑效果差，次數(shù)太多了，靈敏度下降，對(duì)參數(shù)變化不敏感。為此可采用加權(quán)平均濾波，對(duì)每次的采樣值分別乘上不同的加權(quán)系數(shù)，然后求和累加，加權(quán)系數(shù)均小于1，滿足等于1的約束條件。f滑動(dòng)平均濾波以上的各種平均濾波法有一個(gè)共同點(diǎn)，即每一個(gè)有效采樣值必須連續(xù)進(jìn)行若干次采樣，但當(dāng)采樣速度較慢或

48、目標(biāo)參數(shù)變化較快時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不能得到保證，滑動(dòng)平均濾波法只采樣一次，將這一次的采樣值和過(guò)去若干次的采樣值一起求平均而得到有效采樣值。2CPU的抗干擾技術(shù)當(dāng)干擾作用于CPU 本身時(shí)，可有如下一些抗干擾措施。2.1.人工復(fù)位對(duì)失控的CPU，可以人工復(fù)位的手段使其走上正軌，但往往不及時(shí)，在系統(tǒng)已癱瘓時(shí)才實(shí)施，較多用于非控制系統(tǒng)，如智能儀器等。2.2.掉電保護(hù)系統(tǒng)電源的突然下降或斷電將使單片機(jī)進(jìn)入混亂狀態(tài)，而在電源恢復(fù)之后，系統(tǒng)難于恢復(fù)正常，對(duì)此，可利用備用電源和掉電監(jiān)測(cè)，在掉電之前啟動(dòng)CPU的掉電保護(hù)程序，將現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)好，將有關(guān)外設(shè)作出妥善處理，并設(shè)立掉電標(biāo)志后進(jìn)入掉電保護(hù)工作狀態(tài)。2.3.睡眠抗

49、干擾單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，CPU對(duì)三總線上的干擾不會(huì)作出反應(yīng)，從而大大降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感。系統(tǒng)在空閑時(shí)，將其進(jìn)入睡眠模式不僅能降低功耗，還可使CPU受隨機(jī)干擾的威脅降低。在大功率、大電流、大電壓等系統(tǒng)中，在指令開(kāi)啟或關(guān)閉上述外設(shè)之操作后，迅速進(jìn)入睡眠模式，可避免自己干擾自己。2.4.指令冗余當(dāng)CPU受干擾后，往往將一些操作數(shù)作為指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂，這時(shí)須讓程序進(jìn)入正軌，當(dāng)程序被干擾彈飛至某一單指令上時(shí)，便會(huì)自動(dòng)納入正軌，被彈飛到二字節(jié)或三字節(jié)指令上時(shí)，因?yàn)橛胁僮鲾?shù)，出錯(cuò)機(jī)會(huì)較大。因此應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵處人為插入單指令NOP，在二字節(jié)或三字節(jié)指令前加入兩條NOP，可避免其后指

50、令被拆散。為了不加入太多的冗余指令降低系統(tǒng)的效率，常在一些決定程序流向的指令前插入兩條NOP，如跳轉(zhuǎn)、中斷、程序返回、判斷等等語(yǔ)句。2.5.軟件陷阱當(dāng)彈飛的程序未進(jìn)入程序區(qū)，未執(zhí)行到冗余指令時(shí)，還可在程序中設(shè)立軟件陷阱，專門用于捕獲彈飛的程序，所謂的軟件陷阱就是在兩個(gè)NOP之后的一條引導(dǎo)指令，將捕獲的程序引向一個(gè)指定地址，在那里有一段專門處理出錯(cuò)的程序。軟件陷阱可安排在以下四種地方：未使用的中斷向量區(qū)未使用的大片ROM空間表格的結(jié)尾程序區(qū)指令的斷點(diǎn)處2.6.程序運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)（watchdog）當(dāng)程序彈飛進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)時(shí)，冗余指令和軟件陷阱都無(wú)能為力，系統(tǒng)將完全癱瘓。為此程序中應(yīng)設(shè)一個(gè)運(yùn)行監(jiān)視系

51、統(tǒng)（watchdog），應(yīng)具有以下特征：a本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴CPU。bCPU在一段固定的時(shí)間內(nèi)和該系統(tǒng)打一次交道，表明目前正常。c當(dāng)CPU進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，能及時(shí)發(fā)覺(jué)并使系統(tǒng)復(fù)位。程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)有硬件和軟件兩種類型，硬件類型可靠性較高。3系統(tǒng)的恢復(fù)以上各種措施只是解決了發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)被干擾和捕捉失控的程序，如此是不夠的，要讓單片機(jī)根據(jù)被破壞現(xiàn)場(chǎng)中殘留的信息，最大限度地恢復(fù)正常的工作，實(shí)現(xiàn)所謂的無(wú)擾動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)的復(fù)位分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種，通常稱硬件復(fù)位為冷啟動(dòng)，軟件復(fù)位為熱啟動(dòng)，軟件復(fù)位是使用抗干擾措施、軟件陷阱和軟件watchdog后必須作的工作，如果在軟件復(fù)位過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)被破壞得過(guò)

52、于嚴(yán)重，采用軟硬手段都無(wú)法正確恢復(fù)系統(tǒng)，只好轉(zhuǎn)入硬件復(fù)位。3.1.軟件復(fù)位的步驟組成關(guān)閉中斷，重新設(shè)置堆棧。將所有I/O設(shè)備設(shè)置為安全狀態(tài)，封鎖I/O操作，避免事態(tài)惡化。對(duì)殘留信息進(jìn)行恢復(fù)，一般系統(tǒng)信息分為三種，系統(tǒng)狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)和參數(shù)，以及垃圾信息，恢復(fù)主要是對(duì)前面兩種。系統(tǒng)在關(guān)鍵信息恢復(fù)了以后，對(duì)外圍作了重新設(shè)置，補(bǔ)充新信息后，就可重新開(kāi)始運(yùn)行了。3.2.重要信息的恢復(fù)單片機(jī)所執(zhí)行的控制，其控制信息都是以代碼方式存放在RAM當(dāng)中，但如果是簡(jiǎn)單放在那里，CPU讀到時(shí)無(wú)法證明它是正確或是錯(cuò)誤的，所以查錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)必須依靠冗余編碼為基礎(chǔ)，一般分為代碼冗余和時(shí)間冗余兩種方式。如前述的數(shù)字濾波是時(shí)間冗余

53、的方法，對(duì)CPU的控制而言，一般采用的是三重冗余編碼，三重冗余編碼遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通訊傳輸中的編碼冗余，大量空間代價(jià)的付出是為了最小時(shí)間的開(kāi)銷。三重冗余編碼就是將每個(gè)重要的信息在三個(gè)互不相關(guān)的地址中重復(fù)存放，建立雙重?cái)?shù)據(jù)備份，如果系統(tǒng)受到干擾，就可以通過(guò)表決的方式恢復(fù)重要信息的原值，但三個(gè)存放地址中如果有兩個(gè)被破壞，表決就會(huì)失敗，所以三個(gè)地址盡可能各自獨(dú)立，對(duì)于極為重要的信息可采用五重冗余，最重要的信息可采用七重冗余。3.3.系統(tǒng)狀態(tài)的重入如果系統(tǒng)的信息得到全部的恢復(fù)，是否能滿意恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行呢？系統(tǒng)重入的難易程度取決于程序的結(jié)構(gòu)風(fēng)格，一般的順序結(jié)構(gòu)程序，重入性很差，而叢狀結(jié)構(gòu)程序，具有良好的重入性，

54、該種結(jié)構(gòu)也可稱為作業(yè)調(diào)度中心，它有非常高的抗干擾特性，在該結(jié)構(gòu)程序中，所有的控制進(jìn)程都被編碼，每個(gè)進(jìn)程中的動(dòng)作也被編碼，在作業(yè)調(diào)度中心中存放的進(jìn)程編碼和動(dòng)作編碼就構(gòu)成了當(dāng)前進(jìn)程的指針。調(diào)度中心的各項(xiàng)內(nèi)容可依系統(tǒng)重入精度的影響分為若干級(jí)，對(duì)調(diào)度中心進(jìn)行加固時(shí)，可依不同級(jí)別采用不同的冗余度。在重入時(shí)，如遇到比較失敗的數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)該信息的特征，采取其它補(bǔ)救措施來(lái)恢復(fù)，如臨時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)其它數(shù)據(jù)來(lái)幫助判斷。一般而言，簡(jiǎn)單處理就是直接把失敗的數(shù)據(jù)按初始值進(jìn)行處理，復(fù)雜方案就是設(shè)計(jì)一個(gè)智能系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)各種數(shù)據(jù)的相關(guān)分析以求正確恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。4容錯(cuò)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的素質(zhì)可分為兩方面：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)

55、的各種芯片、電子元件、電路板、接插件等等的質(zhì)量，電路設(shè)計(jì)的合理性、布線的合理性、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等決定了系統(tǒng)的硬件素質(zhì)，任何一個(gè)部份出了問(wèn)題都可能使系統(tǒng)出錯(cuò)。硬件容錯(cuò)設(shè)計(jì)研究如何提高系統(tǒng)硬件的可靠性，使其能長(zhǎng)期正常工作。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，將有關(guān)的硬件檢測(cè)電路設(shè)計(jì)進(jìn)去，以便CPU能隨時(shí)了解系統(tǒng)各部份是否工作正常，重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須配備監(jiān)測(cè)電路。在可靠性壓倒一切的場(chǎng)合，常常采用硬件冗余設(shè)計(jì)，如三套系統(tǒng)并行，經(jīng)表決后再輸出最后信息，或雙機(jī)系統(tǒng)，一套投入正常運(yùn)行，另一套備份系統(tǒng)處在熱身準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，備用系統(tǒng)投入運(yùn)行，故障系統(tǒng)即可進(jìn)行檢修。系統(tǒng)素質(zhì)的另一個(gè)方面是軟件素質(zhì)，軟件理論指出，一個(gè)系統(tǒng)的軟件是不可能沒(méi)有錯(cuò)誤的，而軟件的容錯(cuò)設(shè)計(jì)可以幫助我們盡可能減少錯(cuò)誤，使系統(tǒng)由于軟件問(wèn)