影響單片機(jī)硬件系統(tǒng)可靠運行的干擾因素
影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾,并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素,常會導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運行失常,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,重則會導(dǎo)致事故,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。
形成干擾的基本要素有三個:
(1)干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號,用數(shù)學(xué)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(jī)、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(dǎo)線的傳導(dǎo)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(jī),數(shù)字IC,弱信號放大器等。
干擾的分類
1 干擾的分類有好多種,通??梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同的分類。按產(chǎn)生的原因分:可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。按傳導(dǎo)方式分:可分為共模噪聲和串模噪聲。按波形分:可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。
2 干擾的耦合方式干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對測控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。因此,我有有必要看看干擾源和被干擾對象之間的傳遞方式。干擾的耦合方式,無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等等,細(xì)分下來,主要有以下幾種:
(1)直接耦合:這是最直接的方式,也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。比如干擾信號通過電源線侵入系統(tǒng)。
(2)公共阻抗耦合:這也是常見的耦合方式,這種形式常常發(fā)生在兩個電路電流有共同通路的情況。為了防止這種耦合,通常在電路設(shè)計上就要考慮。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。
(3)電容耦合:又稱電場耦合或靜電耦合。是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的耦合。
(4)電磁感應(yīng)耦合:又稱磁場耦合。是由于分布電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的耦合。
(5)漏電耦合:這種耦合是純電阻性的,在絕緣不好時就會發(fā)生。
常用硬件抗干擾技術(shù)針對形成干擾的三要素,采取的抗干擾主要有以下手段。
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(shè)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(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)流二極管來實現(xiàn)。
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(chǎn)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(nèi)可動作更多的次數(shù)。
(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(jī)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(yīng)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(chǎn)生的噪聲(這個噪聲嚴(yán)重時可能會把可控硅擊穿的)。
2 切斷干擾傳播路徑按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)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(dǎo)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。
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