電路噪聲和抗干擾措施

1、湖南長沙工學(xué)院庫整理 電子系統(tǒng)或電子設(shè)備性能很大程度上與噪聲和電子系統(tǒng)或電子設(shè)備性能很大程度上與噪聲和干擾有關(guān)，電子電路處理電信號的靈敏度與噪聲有干擾有關(guān)，電子電路處理電信號的靈敏度與噪聲有關(guān)。噪聲對有用信號的處理產(chǎn)生了干擾關(guān)。噪聲對有用信號的處理產(chǎn)生了干擾, , 特別是當(dāng)特別是當(dāng)有用信號較弱時有用信號較弱時, , 噪聲的影響就更為突出噪聲的影響就更為突出, , 嚴(yán)重時嚴(yán)重時會使信號淹沒在噪聲之中而無法處理。會使信號淹沒在噪聲之中而無法處理。 電子電路的噪聲和干擾電子電路的噪聲和干擾一、研究噪聲和干擾的必要性一、研究噪聲和干擾的必要性湖南長沙工學(xué)院庫整理 設(shè)計人員經(jīng)常遇到的情況：硬件部分設(shè)計出

2、來以設(shè)計人員經(jīng)常遇到的情況：硬件部分設(shè)計出來以后，卻發(fā)現(xiàn)電路中的噪聲太大，不得不進行重新設(shè)計后，卻發(fā)現(xiàn)電路中的噪聲太大，不得不進行重新設(shè)計和布線。和布線。 電子電路的噪聲問題更多地依賴于經(jīng)驗去解決電子電路的噪聲問題更多地依賴于經(jīng)驗去解決, , 而不是根據(jù)規(guī)范的方法和嚴(yán)格的科學(xué)計算。但是，而不是根據(jù)規(guī)范的方法和嚴(yán)格的科學(xué)計算。但是，避免噪聲還是存在一定的設(shè)計準(zhǔn)則去遵循，并在電避免噪聲還是存在一定的設(shè)計準(zhǔn)則去遵循，并在電路設(shè)計開始時，就應(yīng)該認(rèn)真考慮與噪聲相關(guān)的問題。路設(shè)計開始時，就應(yīng)該認(rèn)真考慮與噪聲相關(guān)的問題。一、研究噪聲和干擾的必要性一、研究噪聲和干擾的必要性電子系統(tǒng)的噪聲和干擾電子系統(tǒng)的噪聲和

3、干擾湖南長沙工學(xué)院庫整理 噪聲與干擾沒有本質(zhì)區(qū)別，習(xí)慣上從器件外部竄擾進來的噪聲與干擾沒有本質(zhì)區(qū)別，習(xí)慣上從器件外部竄擾進來的, 稱為稱為外部噪聲（外部噪聲（干擾），從器件內(nèi)部產(chǎn)生的干擾），從器件內(nèi)部產(chǎn)生的, 稱為稱為內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲。 PCB調(diào)試時頻繁遇到噪聲稱為：調(diào)試時頻繁遇到噪聲稱為： 器件噪聲、輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲器件噪聲、輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲。干擾源干擾源：自然干擾：自然干擾：天電干擾、宇宙干擾、大地干擾天電干擾、宇宙干擾、大地干擾工業(yè)干擾工業(yè)干擾：廣播電視、無線基站、工業(yè)設(shè)備：廣播電視、無線基站、工業(yè)設(shè)備一、研究噪聲和干擾的必要性一、研究噪聲和干擾的必要性電源、器件之間、電源、器件之間

4、、PCB走線之間的串?dāng)_等走線之間的串?dāng)_等（EMI）現(xiàn)場干擾：現(xiàn)場干擾：個人手機、筆記本、測試儀等個人手機、筆記本、測試儀等電子系統(tǒng)的噪聲和干擾電子系統(tǒng)的噪聲和干擾湖南長沙工學(xué)院庫整理二、電子電路二、電子電路PCB設(shè)計時遇到的噪聲種類設(shè)計時遇到的噪聲種類三種噪聲源三種噪聲源：器件噪聲、輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲器件噪聲、輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲 （一）器件噪聲（一）器件噪聲 電阻熱噪聲（電阻熱噪聲（Thermal Noise） 電感噪聲電感噪聲 晶體管噪聲晶體管噪聲 場效應(yīng)管噪聲場效應(yīng)管噪聲 閃爍噪聲（閃爍噪聲（1/f 噪聲）噪聲） 散粒噪聲（散粒噪聲（Shot Noise） 爆米花噪聲爆米花噪聲(popco

5、rn frequency) 放大器噪聲等放大器噪聲等湖南長沙工學(xué)院庫整理 電阻中的帶電微粒（自由電子）在一定溫度下受到熱激發(fā)電阻中的帶電微粒（自由電子）在一定溫度下受到熱激發(fā)后，在導(dǎo)體內(nèi)部作無規(guī)則的運動（熱騷動）而相互碰撞，兩次后，在導(dǎo)體內(nèi)部作無規(guī)則的運動（熱騷動）而相互碰撞，兩次碰撞之間行進時，就產(chǎn)生一持續(xù)時間很短的脈沖電流。許多這碰撞之間行進時，就產(chǎn)生一持續(xù)時間很短的脈沖電流。許多這樣的隨機熱騷動的電子所產(chǎn)生的這種脈沖電流的組合，就在電樣的隨機熱騷動的電子所產(chǎn)生的這種脈沖電流的組合，就在電阻內(nèi)部形成了無規(guī)律的電流。在一足夠長的時間內(nèi)，其電流平阻內(nèi)部形成了無規(guī)律的電流。在一足夠長的時間內(nèi)，其

6、電流平均值等于零，而瞬時值就在平均值的上下變動，稱為起伏電流。均值等于零，而瞬時值就在平均值的上下變動，稱為起伏電流。溫度越高溫度越高, 運動越劇烈。只有當(dāng)溫度下降到絕對零度時運動越劇烈。只有當(dāng)溫度下降到絕對零度時, 運動才運動才會停止。自由電子這種熱運動在導(dǎo)體內(nèi)形成非常微弱的電流會停止。自由電子這種熱運動在導(dǎo)體內(nèi)形成非常微弱的電流, 起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產(chǎn)生起伏噪聲電壓。起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產(chǎn)生起伏噪聲電壓。（1 1）電阻熱噪聲（）電阻熱噪聲（Thermal NoiseThermal Noise）湖南長沙工學(xué)院庫整理起伏電流流經(jīng)電阻起伏電流流經(jīng)電阻 R時，電阻

7、兩端就會產(chǎn)生噪聲電壓時，電阻兩端就會產(chǎn)生噪聲電壓 n和噪聲功率。常以和噪聲功率。常以 ( )VSf表示噪聲的電壓功率譜密度，表示噪聲的電壓功率譜密度， ( )ISf表示噪聲的電流功率譜密度。表示噪聲的電流功率譜密度。 理論和實踐證明，當(dāng)溫度為理論和實踐證明，當(dāng)溫度為T（K）時，阻值為）時，阻值為R的電阻所的電阻所產(chǎn)生的噪聲電壓功率譜密度和噪聲電流功率譜密度分別為產(chǎn)生的噪聲電壓功率譜密度和噪聲電流功率譜密度分別為 ( ) 4VS fkTR1( ) 44IS fkTkTGR湖南長沙工學(xué)院庫整理 在頻帶寬度在頻帶寬度B內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值和電流的均方內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值和電流的均方值分別為值

8、分別為 24nkTRB24nikTGBk以上各式中，以上各式中， 為玻耳茲曼常數(shù)（為玻耳茲曼常數(shù)（Soltzmann Constant）=1.38 2310JK； 為熱力學(xué)溫度，單位為為熱力學(xué)溫度，單位為 kTK。因此，噪聲電壓或電流的有效值為因此，噪聲電壓或電流的有效值為 24nkTRB24nikTGB湖南長沙工學(xué)院庫整理 由于電阻受熱影響，其起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的由于電阻受熱影響，其起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的, 其其瞬時振幅和瞬時相位是隨機的瞬時振幅和瞬時相位是隨機的, 所以無法計算其瞬時值。只能統(tǒng)所以無法計算其瞬時值。只能統(tǒng)計其平均值，一般用電壓均方根值表示。為便于運算，把電阻計

9、其平均值，一般用電壓均方根值表示。為便于運算，把電阻R看作一個噪聲電壓源（或電流源）和一個理想無噪聲的電阻看作一個噪聲電壓源（或電流源）和一個理想無噪聲的電阻串聯(lián)（或并聯(lián)），如圖所示。串聯(lián)（或并聯(lián)），如圖所示。 湖南長沙工學(xué)院庫整理 當(dāng)實際電路中包含多個電阻時。每一個電阻都將引當(dāng)實際電路中包含多個電阻時。每一個電阻都將引入一個噪聲源。一般若有多個電阻并聯(lián)時，總噪聲電流入一個噪聲源。一般若有多個電阻并聯(lián)時，總噪聲電流等于各個電導(dǎo)所產(chǎn)生的噪聲電流的均方值相加，若有多等于各個電導(dǎo)所產(chǎn)生的噪聲電流的均方值相加，若有多個電阻串聯(lián)時，總噪聲電壓等于各個電阻所產(chǎn)生的噪聲個電阻串聯(lián)時，總噪聲電壓等于各個電阻所

10、產(chǎn)生的噪聲電壓的均方值相加。電壓的均方值相加。 湖南長沙工學(xué)院庫整理例：電阻熱噪聲的計算例：電阻熱噪聲的計算結(jié)論：電阻越大、溫度越高，電阻的熱噪聲越大。結(jié)論：電阻越大、溫度越高，電阻的熱噪聲越大。湖南長沙工學(xué)院庫整理對于對于LC并聯(lián)諧振電路，所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值為并聯(lián)諧振電路，所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值為 24nekTR B式中，式中， eR為諧振電路的諧振電阻。為諧振電路的諧振電阻。 對圖對圖8.2.5(a)所示的電路來說，損耗電阻所示的電路來說，損耗電阻r所產(chǎn)生的噪所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值為聲電壓均方值為 24nrkTrB 在回路諧振時，折算到在回路諧振時，折算到ab兩端的電壓均方值為兩端的電

11、壓均方值為 222222444nnreLQkTrBrLkTBkTR Br得到如圖得到如圖8.2.5(b)所示的等效電路。所示的等效電路。 湖南長沙工學(xué)院庫整理 注意：注意：1、熱噪聲電壓雖很小，但被多級放大后，特別是有用、熱噪聲電壓雖很小，但被多級放大后，特別是有用 信號很微弱的情況下，會淹沒在噪聲中而無法被處理。信號很微弱的情況下，會淹沒在噪聲中而無法被處理。2、理想電抗元件是不會產(chǎn)生噪聲的、理想電抗元件是不會產(chǎn)生噪聲的, 但實際電抗元件但實際電抗元件 是有損耗電阻的是有損耗電阻的, 這些損耗電阻會產(chǎn)生噪聲。對于這些損耗電阻會產(chǎn)生噪聲。對于 實際電感的損耗電阻一般不能忽略實際電感的損耗電阻一

12、般不能忽略, 而對于實際電而對于實際電 容的損耗電阻一般可以忽略。容的損耗電阻一般可以忽略。湖南長沙工學(xué)院庫整理 閃爍噪聲（閃爍噪聲（1/f 1/f 噪聲）噪聲） 由于半導(dǎo)體晶體表面不斷產(chǎn)生或整合載流子而產(chǎn)由于半導(dǎo)體晶體表面不斷產(chǎn)生或整合載流子而產(chǎn)生的噪聲。閃爍噪聲大多集中在低頻范圍，對電阻器生的噪聲。閃爍噪聲大多集中在低頻范圍，對電阻器及半導(dǎo)體會造成干擾，而雙極芯片所受的干擾比場效及半導(dǎo)體會造成干擾，而雙極芯片所受的干擾比場效應(yīng)晶體管大。其功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在應(yīng)晶體管大。其功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在高頻工作時高頻工作時, 可以忽略閃爍噪聲可以忽略閃爍噪聲。湖南長沙工學(xué)院庫整

13、理 它是由單位時間內(nèi)通過它是由單位時間內(nèi)通過PN結(jié)載流子數(shù)目的隨機起結(jié)載流子數(shù)目的隨機起伏而造成的。這種噪聲具有寬帶的特性。伏而造成的。這種噪聲具有寬帶的特性。2IOSqIOI式中式中 為流過為流過PN結(jié)的電流，結(jié)的電流， q為電子電荷量。為電子電荷量。 由于晶體三極管的發(fā)射結(jié)正偏，所以散粒噪聲主要由于晶體三極管的發(fā)射結(jié)正偏，所以散粒噪聲主要決定于發(fā)射極工作電流決定于發(fā)射極工作電流 eI，其噪聲電流的均方值為，其噪聲電流的均方值為 22eneiqI B 散粒噪聲的大小與晶體管的靜態(tài)工作點電流有關(guān)，散粒噪聲的大小與晶體管的靜態(tài)工作點電流有關(guān)，其功率譜密度為其功率譜密度為 對于雙極型晶體管，散粒噪

14、聲是主要噪聲源。對于雙極型晶體管，散粒噪聲是主要噪聲源。散粒噪聲（散粒噪聲（Shot Noise）湖南長沙工學(xué)院庫整理 散粒噪聲是由柵極內(nèi)的電荷不規(guī)則起伏所引起的噪散粒噪聲是由柵極內(nèi)的電荷不規(guī)則起伏所引起的噪聲。對結(jié)型場效應(yīng)管來說，則由通過聲。對結(jié)型場效應(yīng)管來說，則由通過PN結(jié)的漏電流引結(jié)的漏電流引起的噪聲電流均方值為起的噪聲電流均方值為 22ngGiqI B式中式中 GI為柵極漏泄電流。為柵極漏泄電流。 對于場效應(yīng)管來說：對于場效應(yīng)管來說：散粒噪聲（散粒噪聲（Shot Noise）湖南長沙工學(xué)院庫整理 爆米花噪聲爆米花噪聲(popcorn frequency) 半導(dǎo)體的表面若受到污染便會產(chǎn)生

15、這種噪聲，半導(dǎo)體的表面若受到污染便會產(chǎn)生這種噪聲，其影響長達幾毫秒至幾秒，噪聲產(chǎn)生的原因仍然其影響長達幾毫秒至幾秒，噪聲產(chǎn)生的原因仍然未明，在正常情況下，并無一定的模式。生產(chǎn)半未明，在正常情況下，并無一定的模式。生產(chǎn)半導(dǎo)體時若采用較為潔凈的工藝，會有助減少這類導(dǎo)體時若采用較為潔凈的工藝，會有助減少這類噪聲。噪聲。 )： 湖南長沙工學(xué)院庫整理輸入?yún)⒄赵肼暱偭枯斎雲(yún)⒄赵肼暱偭窟\放輸入端等效（換算）噪聲電壓的計算：其中，其中， 指信源電阻；指信源電阻； 指放大器的噪聲電壓；指放大器的噪聲電壓； 指信源電阻的熱噪聲；指信源電阻的熱噪聲； 指放大器的噪聲電流指放大器的噪聲電流運算放大器噪聲運算放大器噪聲

16、湖南長沙工學(xué)院庫整理1、信噪比：信噪比： 四端網(wǎng)絡(luò)某一端口處信號功率與噪聲功率之比。四端網(wǎng)絡(luò)某一端口處信號功率與噪聲功率之比。 信噪比信噪比SNR(Signal to Noise Ratio)通常用分貝數(shù)表示。通常用分貝數(shù)表示。噪聲功率噪聲功率信號的功率信號的功率某特定頻某特定頻: :：nsnspp(dBpp10lgS/N率率） 噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義）ooo(dBpp10lgS/Nns輸出信噪比：輸出信噪比：）(dBpp10lgS/Nnisii輸入信噪比：輸入信噪比：體會：體會：信噪比表示信號本身質(zhì)量的好壞，信噪比越大，信噪比表示信號本身質(zhì)量的好壞，信噪比越大， 說明信號本身的質(zhì)量越好

17、。說明信號本身的質(zhì)量越好。描述放大器噪聲性能的一個重要指標(biāo)描述放大器噪聲性能的一個重要指標(biāo)湖南長沙工學(xué)院庫整理 如果放大器內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲如果放大器內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲, 當(dāng)輸入信號與噪聲通過它時當(dāng)輸入信號與噪聲通過它時, 二二者都得到同樣的放大者都得到同樣的放大, 那么放大器的輸出信噪比與輸入信噪比相等。那么放大器的輸出信噪比與輸入信噪比相等。而實際放大器是由晶體管和電阻等元器件組成而實際放大器是由晶體管和電阻等元器件組成,熱噪聲和散粒噪聲熱噪聲和散粒噪聲構(gòu)成其內(nèi)部噪聲構(gòu)成其內(nèi)部噪聲, 所以輸出信噪比總是小于輸入信噪比。所以輸出信噪比總是小于輸入信噪比。為了衡量為了衡量放大器噪聲性能的好壞放大器噪聲

18、性能的好壞, 提出了噪聲系數(shù)這一性能指標(biāo)。提出了噪聲系數(shù)這一性能指標(biāo)。 00nsnisioifp/Pp/PN/SN/SN放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)Nf(Noise Figure)定義：定義：輸入信噪比與輸出信噪比的比值輸入信噪比與輸出信噪比的比值, 即即:用分貝數(shù)表示用分貝數(shù)表示:dB/pp/pp10lgNnosonisif湖南長沙工學(xué)院庫整理在輸出端產(chǎn)生的功率通過放大電路放大后：輸入端噪聲功率：輸出端的噪聲總功率放大電路的功率增益，ninOnsisPnOnPninnsnisioifpppPPAppApppPpPNSNSN10010000:/分析：分析：1.噪聲系數(shù)表示信號通過該網(wǎng)絡(luò)信號

19、質(zhì)量變壞的程度。噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)表示信號通過該網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量變壞的程度。噪聲系數(shù) 越大說明，信號通過該網(wǎng)絡(luò)后信號質(zhì)量變壞的程度越大。越大說明，信號通過該網(wǎng)絡(luò)后信號質(zhì)量變壞的程度越大。2.噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NF只與輸出端總的噪聲功率只與輸出端總的噪聲功率Pno和放大電路輸入端噪和放大電路輸入端噪 聲功率經(jīng)放大后在輸出端所產(chǎn)生的噪聲功率聲功率經(jīng)放大后在輸出端所產(chǎn)生的噪聲功率Pno1有關(guān)，而與輸有關(guān)，而與輸 入信號大小無關(guān)。入信號大小無關(guān)。湖南長沙工學(xué)院庫整理結(jié)論：結(jié)論： 實際實際Nf1。理想情況下。理想情況下Pno2=0，才可能使，才可能使Nf=1。 其值越接近于其值越接近于, 則表示該放大器的內(nèi)部噪

20、聲則表示該放大器的內(nèi)部噪聲 越小。放大器的噪聲性能越好。越小。放大器的噪聲性能越好。噪聲系數(shù)的表示噪聲系數(shù)的表示no1no2Pnino2Pnino2PniPnino2no1PninofpP1ApP1ApPApApPPAppN AP : 放大電路的功率增益放大電路的功率增益Pn01 ：輸入端的噪聲功率：輸入端的噪聲功率Pni經(jīng)放大電路放大后在輸出端的噪聲經(jīng)放大電路放大后在輸出端的噪聲功率功率Pn02 ：放大電路自身產(chǎn)生的噪聲在輸出端的功率：放大電路自身產(chǎn)生的噪聲在輸出端的功率湖南長沙工學(xué)院庫整理（二）輻射噪聲（二）輻射噪聲 不接觸感染噪聲。模擬電路工作需要電源、地線、輸入和輸不接觸感染噪聲。模擬

21、電路工作需要電源、地線、輸入和輸出引線，這些引線可將外界干擾引入模擬電路。而電磁輻射信號出引線，這些引線可將外界干擾引入模擬電路。而電磁輻射信號直接作用到模擬電路上，使模擬電路受到干擾。例如，電路板上直接作用到模擬電路上，使模擬電路受到干擾。例如，電路板上單片機的晶體振蕩器，就是一個電磁輻射源，可以干擾模擬電路單片機的晶體振蕩器，就是一個電磁輻射源，可以干擾模擬電路的工作。的工作。 隨著信號頻率的提高，隨著信號頻率的提高，PCB上相鄰信號線間的串?dāng)_將成正比上相鄰信號線間的串?dāng)_將成正比地增加，并且信號線上的反射將會相應(yīng)增加。如果頻率更高一些，地增加，并且信號線上的反射將會相應(yīng)增加。如果頻率更高一

22、些，對布線的長度就有更嚴(yán)格的限制，根據(jù)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)理論，高對布線的長度就有更嚴(yán)格的限制，根據(jù)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)理論，高速電路與其連線間的相互作用是決定性因素，在系統(tǒng)設(shè)計時不能速電路與其連線間的相互作用是決定性因素，在系統(tǒng)設(shè)計時不能忽略。忽略。三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類湖南長沙工學(xué)院庫整理 通常高速電路的功耗和熱耗散也都很大，在做高速通常高速電路的功耗和熱耗散也都很大，在做高速PCB時應(yīng)時應(yīng)引起足夠的重視。引起足夠的重視。 當(dāng)板上有毫伏級甚至微伏級的微弱信號時，對當(dāng)板上有毫伏級甚至微伏級的微弱信號時，對這些信號線就需要特別的關(guān)照，小信號由于太微弱，非常容易受這

23、些信號線就需要特別的關(guān)照，小信號由于太微弱，非常容易受到其它強信號的干擾，屏蔽措施常常是必要的，否則將大大降低到其它強信號的干擾，屏蔽措施常常是必要的，否則將大大降低信噪比。以致于有用信號被噪聲淹沒，不能有效地提取出來。信噪比。以致于有用信號被噪聲淹沒，不能有效地提取出來。三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類（二）輻射噪聲（二）輻射噪聲湖南長沙工學(xué)院庫整理 對對PCB板子的預(yù)留調(diào)測點（測試點）也要在設(shè)計階段加以考板子的預(yù)留調(diào)測點（測試點）也要在設(shè)計階段加以考慮，測試點的物理位置，測試點的隔離等因素不可忽略，因為有慮，測試點的物理位置，測試點的隔離等因素不可忽略，因為

24、有些小信號和高頻信號是不能直接把探頭加上去進行測量的。些小信號和高頻信號是不能直接把探頭加上去進行測量的。 此外此外還要考慮其他一些相關(guān)因素，如采用元器件的封裝外形，板子的還要考慮其他一些相關(guān)因素，如采用元器件的封裝外形，板子的機械強度等。在做機械強度等。在做PCB板子前，要做出對該設(shè)計的設(shè)計目標(biāo)心中板子前，要做出對該設(shè)計的設(shè)計目標(biāo)心中有數(shù)。有數(shù)。三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類（二）輻射噪聲（二）輻射噪聲湖南長沙工學(xué)院庫整理三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類（二）輻射噪聲（二）輻射噪聲湖南長沙工學(xué)院庫整理（三）傳導(dǎo)噪聲（三）傳導(dǎo)噪

25、聲 由傳輸線物理連接接觸傳染的噪聲。如由傳輸線物理連接接觸傳染的噪聲。如PCB上的傳導(dǎo)線可能上的傳導(dǎo)線可能會有會有50赫茲的工頻噪聲，如效率高的開關(guān)電源卻是一個高頻噪聲赫茲的工頻噪聲，如效率高的開關(guān)電源卻是一個高頻噪聲源。傳導(dǎo)噪聲的根源最終還是來源于器件噪聲和輻射噪聲，器件源。傳導(dǎo)噪聲的根源最終還是來源于器件噪聲和輻射噪聲，器件噪聲和輻射噪聲最后都體現(xiàn)在傳導(dǎo)噪聲上。如模擬地和數(shù)字地的噪聲和輻射噪聲最后都體現(xiàn)在傳導(dǎo)噪聲上。如模擬地和數(shù)字地的連接共地噪聲。連接共地噪聲。三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類湖南長沙工學(xué)院庫整理（三）傳導(dǎo)噪聲（三）傳導(dǎo)噪聲三、電路板設(shè)計時應(yīng)

26、考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類湖南長沙工學(xué)院庫整理三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類湖南長沙工學(xué)院庫整理（三）傳導(dǎo)噪聲（三）傳導(dǎo)噪聲三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類三、電路板設(shè)計時應(yīng)考慮的噪聲種類湖南長沙工學(xué)院庫整理四、電子電路抗干擾設(shè)計的依據(jù)四、電子電路抗干擾設(shè)計的依據(jù)湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法 (1)(1)消除線圈反向電動勢的方法消除線圈反向電動勢的方法 減減少少輻輻射射和和傳傳導(dǎo)導(dǎo)噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法 (2)(2)消除接點火花的方法消除接點火花的方法 減減少少輻

27、輻射射噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法(3)減小電機電磁噪聲的方法減小電機電磁噪聲的方法 LI=L2=100H、C1=C2=4700pF、C30.01F左左右右C1、C2接電機外殼。注意電容、電感的引線要盡接電機外殼。注意電容、電感的引線要盡量短。量短。 減減少少輻輻射射噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法 (4)減小高頻噪聲對減小高頻噪聲對IC干擾的方法干擾的方法每個每個IC并接一個并接一個0.01O.1F的高頻濾波電容的高頻濾波電容 消消除除傳傳導(dǎo)導(dǎo)噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法 (5

28、) PCB板的正確布線板的正確布線 減減少少輻輻射射噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理抑制干擾源常用的方法抑制干擾源常用的方法 (6)消除可控硅干擾的方法消除可控硅干擾的方法 一般一般C1=0.01 F、R1=100300左右。左右。減減少少輻輻射射噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 按干擾傳播路徑按干擾傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類和輻射干擾兩類 (1)消除電源噪聲消除電源噪聲的方法的方法 湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 (2)與噪聲源隔離的方法與噪聲源隔離的方法 L1=1.3H左右（為磁珠電感器）。也可用左右（為磁珠電感器）。也

29、可用1OO左左右的電阻代替。右的電阻代替。C1=C2=1000pF左右左右 切切斷斷噪噪聲聲傳傳遞遞路路徑徑湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 切切斷斷輻輻射射噪噪聲聲傳傳遞遞路路徑徑湖南長沙工學(xué)院庫整理 （4）設(shè)計）設(shè)計PCB板時分區(qū)要合理，如強、弱信號，高（頻）、板時分區(qū)要合理，如強、弱信號，高（頻）、低（頻）信號，數(shù)字、模擬信號要分開。盡可能把干擾源低（頻）信號，數(shù)字、模擬信號要分開。盡可能把干擾源(如電如電機、繼電器等機、繼電器等)與敏感器件與敏感器件(如運放、單片機等芯片如運放、單片機等芯片)遠離。遠離。切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾

30、傳播路徑切斷干擾傳播路徑 減減少少傳傳導(dǎo)導(dǎo)噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 (5) (5) 數(shù)宇地與模擬地的分離數(shù)宇地與模擬地的分離 減減少少傳傳導(dǎo)導(dǎo)噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 (6)功率器件的放置與接地功率器件的放置與接地 大功率大功率電路電路大功率大功率電路電路減少傳導(dǎo)噪聲減少傳導(dǎo)噪聲湖南長沙工學(xué)院庫整理切斷干擾傳播路徑切斷干擾傳播路徑 (7)關(guān)鍵連接線的處理關(guān)鍵連接線的處理 在單片機在單片機IO口或其它芯片輸入輸出端、口或其它芯片輸入輸出端、電源線、電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干電源線、電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件。如

31、磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽擾元件。如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩、光電隔離器等?？娠@著提高電路的抗干罩、光電隔離器等?？娠@著提高電路的抗干擾性。擾性。湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能 (1)減小關(guān)鍵相鄰兩線回路環(huán)面積 減減少少輻輻射射噪噪聲聲湖南長沙工學(xué)院庫整理(1)PCB走線90拐彎時要圓滑 湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能 (2) 閑置管腳的處理方法閑置管腳的處理方法 對于單片機的閑置管腳，不要懸空?？筛鶕?jù)電氣性能對于單片機的閑置管腳，不要懸空?？筛鶕?jù)電氣性能要求接地或接電源。其它要求接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏的閑置

32、端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。輯的情況下接地或接電源。 閑置閑置運放的引腳怎么連接呢？運放的引腳怎么連接呢？湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能 湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能 湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能 湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能 (3)設(shè)置較寬的電源線和接地線設(shè)置較寬的電源線和接地線 布線時，電源線和地線要盡量粗，除減小壓降布線時，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。外，更重要的是降低耦合噪聲。（

33、4）使用電源看門狗電路）使用電源看門狗電路 對單片機等重要芯片要使用電源監(jiān)控及看門狗對單片機等重要芯片要使用電源監(jiān)控及看門狗電路，對于一般芯片可接入去耦電容，可大幅電路，對于一般芯片可接入去耦電容，可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。度提高整個電路的抗干擾性能。 湖南長沙工學(xué)院庫整理 提高敏感器件的抗干擾性能 （5）盡量使用速度較低的芯片）盡量使用速度較低的芯片 在能滿足電路性能要求的前提下，盡量降低單片機的晶振在能滿足電路性能要求的前提下，盡量降低單片機的晶振頻率和選用低速數(shù)字電路。頻率和選用低速數(shù)字電路。（6）IC器件盡量直接焊接在電路板上，少用器件盡量直接焊接在電路板上，少用lC插插座，增

34、加芯片的抗干擾性能座，增加芯片的抗干擾性能湖南長沙工學(xué)院庫整理單片機控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)電磁干擾一般是以脈沖形式進入單片機系統(tǒng)，渠道主要電磁干擾一般是以脈沖形式進入單片機系統(tǒng)，渠道主要有三條：有三條：v空間干擾空間干擾(場干擾場干擾)，電磁信號通過空間輻射進入系統(tǒng)。，電磁信號通過空間輻射進入系統(tǒng)。v過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道、后過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道、后向通道及與其它系統(tǒng)的相互通道進入。向通道及與其它系統(tǒng)的相互通道進入。v供電系統(tǒng)干擾，電磁信號通過供電線路進入系統(tǒng)。供電系統(tǒng)干擾，電磁信號通過供電線路進入系統(tǒng)。 一般情況下空間干擾在強度上遠小于其它兩種，故一般

35、情況下空間干擾在強度上遠小于其它兩種，故微機系統(tǒng)中應(yīng)重點防止過程通道與供電系統(tǒng)的干擾。微機系統(tǒng)中應(yīng)重點防止過程通道與供電系統(tǒng)的干擾。湖南長沙工學(xué)院庫整理硬件措施硬件措施l光電隔離光電隔離l過壓保護電路過壓保護電路l抗干擾電源抗干擾電源l配置去耦電容配置去耦電容l良好接地良好接地主要從系統(tǒng)硬件、軟件和主要從系統(tǒng)硬件、軟件和CPU上采取的上采取的湖南長沙工學(xué)院庫整理v軟件措施軟件措施l單片機在輸出信號時，外部干擾有可能使信號出錯。單片機在輸出信號時，外部干擾有可能使信號出錯。如系統(tǒng)中單片機發(fā)出的驅(qū)動步進電機的信號經(jīng)鎖存如系統(tǒng)中單片機發(fā)出的驅(qū)動步進電機的信號經(jīng)鎖存器鎖存后傳送給驅(qū)動電路，鎖存器對干擾

36、非常敏感，器鎖存后傳送給驅(qū)動電路，鎖存器對干擾非常敏感，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時，會盲目鎖存當(dāng)前數(shù)據(jù)，而當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時，會盲目鎖存當(dāng)前數(shù)據(jù)，而不管是否有效。因此應(yīng)將鎖存器與單片機安裝在同不管是否有效。因此應(yīng)將鎖存器與單片機安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的是已經(jīng)鎖存好的控一電路板上，使傳輸線上傳送的是已經(jīng)鎖存好的控制信號。制信號。l在軟件上，最有效的方法就是重復(fù)輸出同一個信號，在軟件上，最有效的方法就是重復(fù)輸出同一個信號，只要重復(fù)周期盡可能短，鎖存器接收到一個被干擾只要重復(fù)周期盡可能短，鎖存器接收到一個被干擾的錯誤信號后還來不及作出有效的反應(yīng)，一個正確的錯誤信號后還來不及作出有效的反應(yīng)，一

37、個正確的輸出信號又來到，就可以及時防止錯誤動作的產(chǎn)的輸出信號又來到，就可以及時防止錯誤動作的產(chǎn)生。生。湖南長沙工學(xué)院庫整理vCPU抗干擾措施抗干擾措施l前面幾項抗干擾措施是針對前面幾項抗干擾措施是針對I/O通道，干擾還通道，干擾還未作用到單片機本身，這時單片機還能正確無未作用到單片機本身，這時單片機還能正確無誤地執(zhí)行各種抗干擾程序，當(dāng)干擾作用到單片誤地執(zhí)行各種抗干擾程序，當(dāng)干擾作用到單片機本身時（通過干擾三總線等），單片機將不機本身時（通過干擾三總線等），單片機將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。如何能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。如何發(fā)現(xiàn)單片機受到干擾，如何攔截失去控制的程發(fā)現(xiàn)單片機

38、受到干擾，如何攔截失去控制的程序流向，如何使系統(tǒng)的損失減小，如何恢復(fù)系序流向，如何使系統(tǒng)的損失減小，如何恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行，這些就是統(tǒng)的正常運行，這些就是CPU抗干擾需要解決抗干擾需要解決的問題。的問題。湖南長沙工學(xué)院庫整理v人工復(fù)位人工復(fù)位l對于失控的對于失控的CPU，最簡單的方法是使其復(fù)位，程序自，最簡單的方法是使其復(fù)位，程序自動從動從0000H開始執(zhí)行。為此只要在單片機的開始執(zhí)行。為此只要在單片機的RESET端端加上一個高電平信號，并持續(xù)加上一個高電平信號，并持續(xù)10ms以上即可。以上即可。v掉電保護掉電保護l電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降將使微機系統(tǒng)陷入混亂電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降將使微

39、機系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，微機系統(tǒng)難以恢復(fù)正常。狀態(tài)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，微機系統(tǒng)難以恢復(fù)正常。對付這一類事故的有效方法就是掉電保護。掉電信號對付這一類事故的有效方法就是掉電保護。掉電信號由硬件電路檢測到，加到單片機的外部中斷輸入端。由硬件電路檢測到，加到單片機的外部中斷輸入端。軟件中斷將掉電中斷規(guī)定為高級中斷，使系統(tǒng)及時對軟件中斷將掉電中斷規(guī)定為高級中斷，使系統(tǒng)及時對掉電作出反應(yīng)。在掉電中斷子程序中，首先進行現(xiàn)場掉電作出反應(yīng)。在掉電中斷子程序中，首先進行現(xiàn)場保護，保存當(dāng)時重要的狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)電源恢復(fù)正常時，保護，保存當(dāng)時重要的狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)電源恢復(fù)正常時，CPU重新復(fù)位，恢復(fù)現(xiàn)場，

40、繼續(xù)未完成的工作。重新復(fù)位，恢復(fù)現(xiàn)場，繼續(xù)未完成的工作。湖南長沙工學(xué)院庫整理v睡眠抗干擾睡眠抗干擾lCMOS型的型的51系列單片機具有睡眠狀態(tài)，此時只有系列單片機具有睡眠狀態(tài)，此時只有定時定時/計數(shù)系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。這時計數(shù)系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。這時CPU對系統(tǒng)三總線上出現(xiàn)的干擾不會作出任何反應(yīng)，從對系統(tǒng)三總線上出現(xiàn)的干擾不會作出任何反應(yīng)，從而大大降低系統(tǒng)對干擾的敏感程度。而大大降低系統(tǒng)對干擾的敏感程度。l仔細分析系統(tǒng)軟件后發(fā)現(xiàn)，仔細分析系統(tǒng)軟件后發(fā)現(xiàn)，CPU很多情況下是在執(zhí)很多情況下是在執(zhí)行一些等待指令和循環(huán)檢查程序，由于這時行一些等待指令和循環(huán)檢查程序，由于這時CPU雖雖沒

41、有重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。讓沒有重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。讓CPU在沒有正常工作時休眠，必要時再由中斷系統(tǒng)在沒有正常工作時休眠，必要時再由中斷系統(tǒng)來喚醒它，之后又處于休眠。采用這種安排之后，來喚醒它，之后又處于休眠。采用這種安排之后，大多數(shù)大多數(shù)CPU可以有可以有5095%的時間用于睡眠，從而的時間用于睡眠，從而使使CPU受到隨機干擾的威脅大大降低，同時降低了受到隨機干擾的威脅大大降低，同時降低了CPU的功耗。的功耗。湖南長沙工學(xué)院庫整理v指令冗余指令冗余l(xiāng)當(dāng)當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。這

42、時我們首先要盡快將程序引執(zhí)行，引起程序混亂。這時我們首先要盡快將程序引入正軌入正軌(執(zhí)行真正的指令系列執(zhí)行真正的指令系列)。MCS-51系統(tǒng)中所有指系統(tǒng)中所有指令都不超過個字節(jié)，而且有很多單字節(jié)指令。當(dāng)程令都不超過個字節(jié)，而且有很多單字節(jié)指令。當(dāng)程序彈飛到某一條單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。序彈飛到某一條單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)或三字書指令上時，有可能落到當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)或三字書指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。因此，我們應(yīng)多采用單其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。因此，我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為地

43、插入一些單字節(jié)指令（令（NOP），或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是），或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余技術(shù)。指令冗余技術(shù)。湖南長沙工學(xué)院庫整理v指令冗余指令冗余l(xiāng)在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之后插入兩條在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之后插入兩條NOP指令，可保護指令，可保護其后的指令不被拆散?；蛘哒f，某指令前如果插入兩條其后的指令不被拆散?；蛘哒f，某指令前如果插入兩條NOP指令，則這條指令就不會被前面沖下來的失控程序指令，則這條指令就不會被前面沖下來的失控程序拆散，并將被完整執(zhí)行，從而使程序走上正軌。但不能拆散，并將被完整執(zhí)行，從而使程序走上正軌。但不能加入太多的冗余指令，以免明顯降低程序正常運行的效加入太多的冗余指令，以免明顯降低程序正常運行的效率。因此，