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數(shù)字電路設(shè)計(jì)的抗干擾考慮 </P><P> <BR> ---------------------------------------------------<BR> <BR> 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)：<BR> （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。<BR> （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。<BR> （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。<BR> 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。 <BR> 1 抑制干擾源</P><P> 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。<BR> 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)。<BR> 抑制干擾源的常用措施如下：<BR> （1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾，見(jiàn)圖1。僅加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開時(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)。<BR> （2）在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，減小電火花影響，見(jiàn)圖2。<BR> （3）給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短，見(jiàn)圖3。<BR> （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，見(jiàn)圖4。注意高頻電容的布線，圖a和圖b的效果相差很大，圖c比圖b的效果更好。圖a的布線增大了電容的等效串聯(lián)電阻，影響了濾波效果。<BR> （5）布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射，見(jiàn)圖5。<BR> （6）可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲。</P><P> 2 切斷干擾傳播路徑</P><P> 按干擾傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。<BR> 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屏蔽罩。<BR> 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：<BR> （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，見(jiàn)圖6。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。其中L為磁珠，也可用100Ω電阻代替。<BR> （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，見(jiàn)圖7。其中L為磁珠，也可用100Ω電阻代替。<BR> （3）注意晶振布線，見(jiàn)圖8。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。<BR> （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，見(jiàn)圖9。<BR> （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，最后接于電源地，見(jiàn)圖10。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。<BR> （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，見(jiàn)圖11。</P><P> （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。</P><P> <BR> 3 提高敏感器件的抗干擾性能 <BR> <BR> 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。<BR> 提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：<BR> （1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲，見(jiàn)圖12。<BR> （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。<BR> （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。<BR> （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。<BR> （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。<BR> （6）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。 </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114802132318.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114802132318.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖1 消除線圈反電勢(shì)干擾</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114802772704.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114802772704.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖2 減小繼電器火花</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114803340525.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114803340525.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖3 電機(jī)加濾波電路</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804067199.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804067199.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖4 IC并接高頻電容</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804471034.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804471034.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖5 正確布線</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804940162.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114804940162.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖6 消除電源噪聲</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114805399818.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114805399818.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖7 與噪聲源隔離</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114805836614.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114805836614.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖8 正確配置晶振</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003111481274099.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003111481274099.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖9 電路板合理分區(qū)</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003111481723825.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003111481723825.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖10 數(shù)字地與模擬地分離</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114811234273.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114811234273.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖11 處理好大功率器件地線</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20031114811750643.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20031114811750643.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖12 減少回路環(huán)面積<BR>
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