基于STWD100xP WTD嵌入式系統(tǒng)抗EMC技術(shù)

摘要：隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性等要求逐漸增高。在此詳細(xì)分析嵌入式系統(tǒng)EMC產(chǎn)生的原因和途徑，在不增加CPU額外開銷情況下，采用了意法半導(dǎo)體公司硬件看門狗集成電路STWD100，提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，并給出了STDW100與CPU應(yīng)用原理圖。實(shí)驗(yàn)證明，采用STDW100硬件看門狗使嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗EMC能力，在實(shí)際應(yīng)用中使系統(tǒng)具有相當(dāng)高的可靠性和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；EMC；可靠性；看門狗；STDW100

1 EMC的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)EMC(Electro Magnetic Compatibility)即嵌入式系統(tǒng)電磁兼容性，指嵌入式系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境中抵抗其他系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾同時本身產(chǎn)生的電磁干擾又不影響其他系統(tǒng)正常工作。EMC包括EMI(Electro Magnetic interference)和EMS(Electro Magnetic Susceptibility)分別表示嵌入式系統(tǒng)本身產(chǎn)生電磁干擾和嵌入式系統(tǒng)抗電磁干擾的能力。一般要求盡量減小系統(tǒng)工作時本身產(chǎn)生的電磁干擾，加強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力。例如高頻諧波干擾，這是目前嵌入式系統(tǒng)工作不定的最大潛在因素。怎樣減小嵌入式系統(tǒng)干擾增強(qiáng)其抗干擾性能，盡可能地提高嵌入式系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性成為電子工程師們的一大技術(shù)難題。

2 嵌入式系統(tǒng)EMC的產(chǎn)生
嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的大小和抗電磁干擾的能力同系統(tǒng)本身功能有很大關(guān)系，不同嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾不同抗電磁干擾能力也不同。
2．1 高次諧波干擾
根據(jù)Fourier series任何一個周期信號S(t)并非單一波形，都由直流分量、基波和各次諧波組成，諧波頻率十分豐富，周期信號S(t)可以用式(1)表示：

直流成分，當(dāng)n=1時表示信號基波，n=2，3，4，…表示信號2，3，4，…各次諧波，其中基波是該信號主要組成成份，很多時候信號的特性呈現(xiàn)為基波特性。例如在電源系統(tǒng)中交流信號為S(t)=380sin 2π50t表示市電信號存在n=1的基波，信號在基波附近諧波頻率不斷增加、幅度迅速衰減，從理論上說正弦和余弦信號頻譜只存在一點(diǎn)沖擊信號。正弦信號本身所產(chǎn)生的諧波較小而其他電磁干擾參雜在正弦信號中造成系統(tǒng)諧波很大。系統(tǒng)對信號的基波要加以利用，對信號的諧波要加以抑制、濾除。正弦信號本身對外來干擾信號的抑制能力較差容易出現(xiàn)EMC，嚴(yán)重干擾系統(tǒng)工作，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2．2 嵌入式系統(tǒng)主頻過高，引起干擾
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，CPU處理速度越來越快，數(shù)據(jù)吞吐量越來越大，主頻越來越高。8位51單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12 MHz，16位凌陽單片機(jī)系統(tǒng)主頻為50 MHz，Altera公司Cyclone系列FPGA芯片系統(tǒng)主頻可達(dá)200 MHz，以Inter PAX255，PAX270，PAX310為核心的嵌入式系統(tǒng)主頻可達(dá)820 MHz，CPU主頻過高信號變化速率過快，信號幅度大的地方容易引起干擾。根據(jù)Fourier Series和Euler Formula，方波信號頻譜為Sine信號，Sine信號為連續(xù)信號其本身諧波很大，容易造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。
2．3 系統(tǒng)中大功率、大電流用電器動作產(chǎn)生火花引起干擾
系統(tǒng)中含有大功率、大電流繼電器或交流接觸器，驅(qū)動電流或電壓過大使諧波幅度大，容易產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾；在復(fù)雜電磁環(huán)境中電機(jī)頻繁啟動與大電流有觸點(diǎn)開關(guān)的打火現(xiàn)象都會引起很強(qiáng)的電磁干擾，在要求較高的系統(tǒng)中必須解決，否則會引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、可靠性差。
2．4 微弱模擬信號的提取與高精度數(shù)據(jù)采集放大
隨數(shù)字信號高速發(fā)展，很多模擬信號要轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號進(jìn)行處理，CPU處理完成后又要將數(shù)字信號還原成模擬信號，涉及微弱模擬信號的提取和采集放大電路。對于微弱模擬信號的提取通常采用傳感器，傳感器提取的模擬信號非常微弱如果受到外來干擾或系統(tǒng)本身干擾，會造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理有誤精度不高、系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。
2．5 電子元器件和電路板本身所產(chǎn)生的寄生干擾
每個電子元器件都有不同的截止頻率，元器件在不同的頻率下會呈現(xiàn)不同的特性。如果信號衰減和信號畸變過大會造成整個系統(tǒng)穩(wěn)定度受影響甚至系統(tǒng)“死機(jī)”或“程序跑飛”。信號頻率過高電容的分布電感，電感的分布電容，電阻對高頻信號的反射，引線的分布電容和分布電感影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，當(dāng)引線長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1／20時，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。