單片機系統(tǒng)抗干擾性能方面分析方案

前言

作為工業(yè)自動化核心部件的稱重儀表，不同于商用衡器，往往面臨更復(fù)雜的工況。對于拌和站電磁環(huán)境比較惡劣的情況下，一些大規(guī)模集成電路常常會受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作或在錯誤狀態(tài)下運行，造成的后果往往是很嚴重的。因此對抗干擾性能的了解是稱量儀表選型的關(guān)鍵。我們在對珠海市長陸工業(yè)自動控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的UNI800與TR600和其它同類廠家產(chǎn)品進行反復(fù)比較過程中，獲得了一個好單片機系統(tǒng)（稱重儀表）應(yīng)具備的抗干擾性能方面的分析經(jīng)驗。在此與同行分享，希望以此促進行業(yè)技術(shù)水平的提高。

儀表電磁兼容性（EMC）是一項重要指標，它包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問題。如果一個單片機系統(tǒng)符條件合下面三個條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的：

1.對其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；

2.對其他系統(tǒng)的發(fā)射不敏感；

3.對系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾；

假若干擾不能完全消除，但也要使干擾減少到最小。干擾的產(chǎn)生不是直接的（通過導(dǎo)體、公共阻抗耦合等），就是間接的（通過串擾或輻射耦合）。電磁干擾的產(chǎn)生是通過導(dǎo)體和通過輻射，很多磁電發(fā)射源、如光照、繼電器、DC電機和日光燈都可以引起干擾；AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號。在高速單片機系統(tǒng)中，時鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源，這些電路可產(chǎn)生高達300MHz的諧波失真，在系統(tǒng)中應(yīng)該把他們?nèi)サ?。另外，在單片機系統(tǒng)中最容易受影響的是復(fù)位線，中斷線和控制線。

1.干擾的耦合方式

（1）傳導(dǎo)性EMI

一種最明顯而往往被忽略的能引起電路中噪聲的路徑是經(jīng)過導(dǎo)體。一條穿過噪聲環(huán)境的導(dǎo)線可檢拾噪聲并把噪聲送到其他電路引起干擾。設(shè)計人員必須避免導(dǎo)線檢拾噪聲和在噪聲引起干擾前用去耦辦法去除噪聲。最普通的例子是噪聲通過電源進入電路。若電源本身或連接到電源的其他電路是干擾源，則在電源線進入電路之前必須對其去耦。

（2）公共阻抗耦合

當來自兩個不同電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時就會產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個電路決定，來自兩個電路的地電流流過共地阻抗。電路a的地電位被電流b調(diào)制，噪聲信號或DC補償經(jīng)共地阻抗從電路b耦合到電路a。

（3）輻射耦合

經(jīng)輻射的耦合通稱串擾。串擾發(fā)生在電流流經(jīng)導(dǎo)體時產(chǎn)生電磁場，而電磁場在鄰近的導(dǎo)體中感應(yīng)瞬態(tài)電流。

（4）輻射發(fā)射

輻射發(fā)射有兩種基本類型；差分模式（DM）和共模（CM）。共模輻射或單極天線輻射是由無意的壓降引起的，它使電路中所有地連接抬高到系統(tǒng)電地位之上。就電場大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴重的問題。為使CM輻射最小，必須用切合實際的設(shè)計使共模電流降到零。