數字電路、單片機的抗干擾設計

在電子系統(tǒng)設計中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應充分考慮并滿足抗干擾性 的要求，避免在設計完成后再去進行抗干擾的補救措施。形成干擾的基本要素有三個：

(1)干擾源，指產生干擾的元件、設備或信號，用數學語言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可 能成為干擾源。

(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 播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。

(3)敏感器件，指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數字IC， 弱信號放大器等。

抗干擾設計的基本原則是：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。(類似于傳染病的預防)

1 抑制干擾源

抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設計中最優(yōu) 先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。 減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現。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)流二極管來實現。

抑制干擾源的常用措施如下：

(1)繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內可動作更多的次數。

(2)在繼電器接點兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K 到幾十K，電容選0.01uF)，減小電火花影響。

(3)給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。

(4)電路板上每個IC要并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的 影響。注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電 容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。

(5)布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。

(6)可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產生的噪聲(這個噪聲嚴重時可能 會把可控硅擊穿的)。

按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。

所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾 噪聲的傳播，有時也可加隔離光耦來解決。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蔽罩。

2 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：

(1)充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感, 要給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路，當然條件要求不高時也可用100Ω電阻代替磁珠。

(2)如果單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應加隔離(增加π形濾波電路)。 控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應加隔離(增加π形濾波 電路)。

(3)注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問題。

(4)電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數字、模擬信號。盡可能把干擾源 (如電機，繼電器)與敏感元件(如單片機)遠離。

(5)用地線把數字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A芯片 引腳排列時已考慮此要求。

(6)單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

(7)在單片機I/O口，電源線，電路板連接線等關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。