單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性問(wèn)題探討

楊文菊

新疆鋼鐵學(xué)校，新疆烏魯木齊 830022

單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性問(wèn)題探討

楊文菊

新疆鋼鐵學(xué)校，新疆烏魯木齊 830022

隨著電子數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，越來(lái)越復(fù)雜的應(yīng)用程序需要單片機(jī)處理器具有較高的時(shí)鐘頻率，伴隨而來(lái)的電磁兼容性問(wèn)題更加值得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員重視。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否可靠地工作，能否達(dá)到電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)，與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電子元器件的選擇和使用、印刷線路的設(shè)計(jì)與布線產(chǎn)品的制造工藝等都有很大的關(guān)系。本文從使用的角度入手，介紹一些有關(guān)電磁兼容性相關(guān)內(nèi)容，并介紹了在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意什么，為達(dá)到電磁兼容性的要求可以采取哪些措施。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；電磁兼容性；電磁干擾

1 概述

電磁兼容性指電子線路、系統(tǒng)相互不影響，在電磁方面相互兼容的狀態(tài)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，電磁兼容是一種能力，具備一定電磁兼容能力的電子產(chǎn)品至少需要滿足以下兩點(diǎn)要求：

1）系統(tǒng)本身抗電磁干擾能力強(qiáng)，不易受到外界電磁輻射信號(hào)的干擾；

2）系統(tǒng)本身不對(duì)其他儀器、設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

電磁兼容性設(shè)計(jì)問(wèn)題就是提高產(chǎn)品的抗干擾能力和抑制產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾。在目前的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電磁兼容性的問(wèn)題依舊是較棘手的部分。想要設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者不但要掌握很多相關(guān)理論知識(shí)，還要具有很多的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

2 電磁干擾常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 射頻干擾

現(xiàn)在的蜂窩電話系統(tǒng)、手持無(wú)線電、無(wú)線電遙控單元等無(wú)線電發(fā)射設(shè)備都是利用射頻方式工作的，發(fā)出的信號(hào)對(duì)于其它設(shè)備來(lái)說(shuō)就是干擾，典型的設(shè)備故障常出現(xiàn)在場(chǎng)強(qiáng)1V/m～10V/m的區(qū)間里。

2.2 靜電放電

靜電現(xiàn)象可能引起元器件損壞，還會(huì)產(chǎn)生干擾。目前，高速、高集成度的電子器件靈敏度越來(lái)越高，就越容易受到靜電放電產(chǎn)生的干擾。

2.3 電力干擾

大部分的電子設(shè)備采用的是開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源本身的三極管在工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾頻譜；電力線上電壓變化、電涌、電瞬變都可能產(chǎn)生干擾。

2.4 自兼容性

設(shè)備內(nèi)各組成之間也可產(chǎn)生干擾，這種干擾可通過(guò)信號(hào)線的傳導(dǎo)和輻射傳播。

3 抑制電磁干擾的基本手段

歸根究底，抑制電磁干擾就是要控制電磁干擾產(chǎn)生的3個(gè)要素：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備，有效控制其中的任一要素都會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗電磁干擾的能力。選擇適當(dāng)?shù)碾姶鸥蓴_抑制技術(shù)，就是電磁兼容性研究的內(nèi)容。

方法一：抑制干擾源

先確定干擾源的位置，在靠近干擾源的地方采取措施。一般如市電電源中的奇次諧波、繼電器吸合、電容充放電、電機(jī)運(yùn)行、集成電路開(kāi)關(guān)工作都可能是干擾源。一般采用的抑制方法是：低噪聲電路、瞬態(tài)抑制電路、旋轉(zhuǎn)裝置抑制電路和穩(wěn)壓電路等。在器件的選擇時(shí)盡可能使用低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子元件。

方法二：切斷電磁干擾耦合途徑

抑制傳導(dǎo)中干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通（LPE）、高通（HPE）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）四種，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)信號(hào)與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器。

對(duì)于通過(guò)供電電源線傳導(dǎo)的噪聲可采用電源濾波器來(lái)濾除。

對(duì)傳輸線路及印刷電路板的布線設(shè)計(jì)，應(yīng)注意進(jìn)線與出線，信號(hào)線與電源線盡量分開(kāi)。

對(duì)于輻射干擾，主要措施是采用屏蔽技術(shù)和分層技術(shù)。

方法三：降低電磁敏感裝置的敏感度

一方面人們希望接收裝置靈敏度高，提高對(duì)信號(hào)的接收能力，另一方面靈敏度越高的裝置受到噪聲影響的可能性也越大。因此，根據(jù)具體情況可以采用降額設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)鈍化，功能鈍化等方法來(lái)解決問(wèn)題。

4 提高產(chǎn)品電磁兼容性的具體措施

電磁兼容性和電磁干擾是衡量一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)好壞的重要指標(biāo)，因此必須從原理圖設(shè)計(jì)開(kāi)始就要考慮解決問(wèn)題的方法。

4.1 器件的選擇

在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中，在滿足功能的前提下，為減少電磁干擾，設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量選擇邊沿速率低的器件。根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)要求和成本控制等方面選擇合適的元器件封裝，考慮以下幾個(gè)方面：

引線長(zhǎng)度：引線長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)導(dǎo)致地電位不均勻，會(huì)產(chǎn)生天線效應(yīng)。一般DIP封裝的元件引線電感最大，BGA封裝引線電感最??；

元器件尺寸：盡量減少電路板尺寸，減少PCB走線的長(zhǎng)度，可以采用多層電路板；

封裝類型：對(duì)于要求較高的產(chǎn)品應(yīng)該優(yōu)先選用表面貼裝技術(shù)（SMT）的器件。

4.2 PCB布局

設(shè)計(jì)PCB板布局時(shí)，必須充分考慮電磁兼容性問(wèn)題?？偟脑瓌t是各器件之間的連線要盡量短，尤其要注意將模擬信號(hào)部分、高速數(shù)字信號(hào)部分、大功率噪聲源部分等合理分開(kāi)并盡量加以隔離，減少他們之間的相互耦合。

按照工作速度快慢或電源電壓的等級(jí)對(duì)單元電路進(jìn)行分組，將同組元件放在一起，以便于在空間上保證各組間元器件不產(chǎn)生相互干擾。

根據(jù)單元電路的工作頻率分為高速電路如微處理器、中速電路如顯示處理、低速電路如接口、模擬電路如模擬信號(hào)放大器。

電源電壓不同，電路的種類也不同，數(shù)字電路常用5V，模擬運(yùn)算放大器常用12V。

4.3 PCB布線

PCB的走線是導(dǎo)線，具有一定的長(zhǎng)度，可以像天線一樣向外輻射能量或接收能量，因此PCB的走線要避免輻射和接收電磁能量。

主要的做法是：同一線層的線寬要一致；相鄰走線層的信號(hào)總體走線方向要相互垂直；盡量縮短高速信號(hào)線的長(zhǎng)度。

4.4 接地

接地指的是電路板或設(shè)備與大地連接，從而增加系統(tǒng)的電磁兼容性和安全性。電源線、接地線及數(shù)據(jù)線傳輸方向最好一致，有利于增強(qiáng)電子產(chǎn)品的抗干擾能力；地線可環(huán)繞電路板一周，方便元器件能就近接地；接地線盡量加寬，以減少地線上的阻抗；數(shù)字信號(hào)底線和模擬信號(hào)地線要分開(kāi)布線，防止電路間相互干擾。

4.5 旁路和去耦電容

旁路和去耦可用來(lái)隔斷交流信號(hào)的傳輸，防止電路之間信號(hào)的相互干擾。去耦電容一般為100μf以上，跨接在電源進(jìn)線上，作為電源的濾波；旁路電容的等效阻抗應(yīng)越小越好，將電路的某部分交流信號(hào)接到底線上。

5 結(jié)論

除了在產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)中要注重電磁兼容性的設(shè)計(jì)外，在軟件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮通過(guò)電源監(jiān)控、“看門狗”、軟件冗余技術(shù)等方法進(jìn)一步的提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。

[1]張萌，和湘，姜斌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)例[M].清華大學(xué)出版社，2007，7：65-71.

[2]郝瑞生.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)出版社，2008，7：167-169.

[3]謝劍英，賈青.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2002，5：67-69.

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