第19讲单片机系统抗干 扰设计、电源的设计 抗干扰设计 >电源的设计
第19讲单片机系统抗干 讲单片机系统抗干 扰设计、电源的设计 扰设计、电源的设计 ¾抗干扰设计 ¾电源的设计
弗原創IT教育中心 抗干扰设计 用于生产现场的单片机应用系统,易受各种干扰侵 袭,直接影响到系统的可靠性。因此,应用系统的 抗干扰设计已经成为设计人员关注的重要课题。由 于各应用系统所处环境不同,面临的干扰源也不 同,相应采取的抗干扰措施也不尽相同
一：抗干扰设计 一：抗干扰设计 用于生产现场的单片机应用系统，易受各种干扰侵 袭，直接影响到系统的可靠性。因此，应用系统的 抗干扰设计已经成为设计人员关注的重要课题。由 于各应用系统所处环境不同，面临的干扰源也不 同，相应采取的抗干扰措施也不尽相同
干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰是通过耦合信道对微机测控系统产 生干扰作用,因而需要隔离干扰源与控制系统之间的 耦合信道。表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征。 表1干扰源的主要千扰方式及特征 干扰途径干扰方式 特征 预防措施 直接干扰通过电源线或地线和进入单 耦合‖片机电路 滤波去耦 导线挂干扰发生在连接同一电源或地线干扰电路与 抗耦合的其中干扰电路的电流发生变化,有效回路 有效回路的电流随之发生变化。点接地 电容干扰源与干扰对象之间电位变化「增大导 大地耦合引起的静电感应 线间距 辐射「高賴电流经过的导体向空间传撬「接地 耦合电磁波 或屏蔽 空间「电磁感任何载流导体周围空间都会产生接地 应耦合‖磁场 或屏蔽
干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰是通过耦合信道对微机测控系统产 生干扰作用，因而需要隔离干扰源与控制系统之间的 耦合信道。表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征
弗原創IT教育中心 形成干扰的基本要素有三个: 1)千扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数 学语言描述如下:du/dt,di/dt大的地方就是干扰源 如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。 2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通 路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和 空间的辐射 3)敏感器件,指容易被干扰的对象。如:A/D、D/A 变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等
形成干扰的基本要素有三个： （1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数 学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。 如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。 （2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通 路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和 空间的辐射。 3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A 变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等
弗原創IT教育中心 抗干扰设计的基本原则是: 抑制干扰源,切断干扰传播路径,提髙敏感器件的抗 干扰性能。(类似于传染病的预防) 抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt 。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常 常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要 是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流 二极管来实现
抗干扰设计的基本原则是： 抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的 抗 干扰性能。（类似于传染病的预防） 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt 。这是抗干扰设计中最优 先考虑和最重要的原则，常 常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du/dt主要 是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流 二极管来实现
弗原創IT教育中心 2、抑制干扰源的常用措施如下 (1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时 产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器 的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时 间内可动作更多的次数。 (2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是 RC串联电路,电阻一般选几K到几十K,电容选 0.0luF),减小电火花影响。 (3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽 量短
2、抑制干扰源的常用措施如下： （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时 产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器 的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时 间内可动作更多的次数。 （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是 RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选 0.01uF），减小电火花影响。 （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽 量短
弗原創IT教育中心 (4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高 频电容,以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布 线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大 了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。 (5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。 (6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的 噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)
（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高 频电容，以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布 线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大 了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的 噪声（这个噪声严重时可能 会把可控硅击穿的）
弗原創IT教育中心 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高 频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线 上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时 也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特 别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到 敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏 感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽 罩
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高 频干扰噪声和 有用信号的频带不同，可以通过在导线 上增加滤波器的方法切断高频干扰 噪声的传播，有时 也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大， 要特 别注意处理。 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到 敏感器件的干扰。 一般的解决方法是增加干扰源与敏 感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽 罩
弗原創IT教育中心 3、切断干扰传播路径的常用措施如下: 1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整 个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源 噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器, 以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁 珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也 可用100g电阻代替磁珠。 2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件, 在I/0口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路) 。控制电机等噪声器件,在I/0口与噪声源之间应加 隔离(增加π形滤波电路)
3、切断干扰传播路径的常用措施如下： （1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整 个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源 噪声很敏感, 要给单片机电源加滤波电路或稳压器， 以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁 珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也 可用100Ω电阻代替磁珠。 （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件， 在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路） 。 控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加 隔离（增加π形滤波电路）
弗原創IT教育中心 (3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用 地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。此措 施可解决许多疑难问题 (4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信 号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件 (如单片机)远离。 (5)用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地 要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线 也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已 考虑此要求
（3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用 地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措 施可解决许多疑难问题。 （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信 号。尽可能把干扰源 （如电机，继电器）与敏感元件 （如单片机）远离。 （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地 要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线 也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已 考虑此要求