[转发]嵌入式系统设计中干扰成因及解决方法

陈宇珂
(广州军区广州总医院广州市510010)
摘要讨论了嵌入式微处理器系统开发中形成干扰的基本要素，并详细论述了解决干扰的基本措施。
关键词 嵌入式系统：抗干扰：微处理器
中图分类号：TP368．1 文献标识码：B 文章编号：1003—8868(2006)O1—0081一O1
Causes of interference in embedded system design and its solution
CHEN Yu—ke
(Guangzhou General Hospital，Guangzhou Military Region，Guangzhou 51 001 0)
Abstract Thi paper presents the causes of interference in embedded system design and corresponding measures．
Keywords embedded system；anti—-interfefence；micro— processor
在采用嵌入式微处理器系统的开发中， 随着嵌入式微处理器主频的提高、功能的增加，PCB布线密度不断增加，同时大量数模混合电路的应用以及对产品体积缩小的要求．使得对PCB的设计要求越来越高。如果设计不周，信号与信号间、系统与系统间的电磁干扰问题无法有效抑制．这不但会影响系统的稳定性．严重的甚至导致系统功能失效。所以，在现代电子系统设计中．信号完整性问题和电磁干扰问题已经成为T程师们在电路设计时必须考虑的问题。我们知道形成干扰的基本要素有3个：(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等。(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，一般分为传导干扰和辐射干扰。(3)干扰敏感器件，指容易被干扰的对象，如：A／D、D／A变换器，微处理器。数字IC。弱信号放大器等。
根据形成干扰的3个基本要素，那么，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。下面就从这3个方面提出解决干扰的基本措施。
1 抑制干扰源的基本措施
抑制干扰源要充分考虑电源对整个系统的影响。电源做得好．整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多微处理器对电源噪声很敏感．给微处理器电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对微处理器的干扰。可以在微处理器电源端利用磁珠和电容组成竹形滤波电路，条件要求不高时也可用IOOD电阻代替磁珠。
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(如微处理器)远离。微处理器和大功率器件的地线要单独接地．以减小相互干扰。同时。
大功率器件尽可能放在电路板边缘。系统中有继电器的话，可以给继电器的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。如果仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后。这时可以增加一个稳压二极管提高继电器反应灵敏度。在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电阻一般选几千欧姆到几万欧姆，电容选0．OlaF)。减小电火花影响。
电路板上每个IC要并接一个0．01-0,1 F高频电容，以减dqc对电源的影响。同时，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。在微处理器I／0口，电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如：磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。微处理器外部晶振与微处理器引脚尽量靠近．用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决某些疑难问题。
2 切断干扰传播路径的常用措施
干扰按传播路径可分为传导干扰和辐射干扰2类。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。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，或者是在敏感器件上加屏蔽罩。
如果微处理器的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(增加竹形滤波电路)。同时系统布线
时应避免9O。折线，减少高频噪声发射。
3 提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指尽量减少敏感器件对干扰噪声的拾取． 以及敏感器件具有从不正常状态尽快恢复的能力。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施有：
(1)系统布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。系统的电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。(2)对于微处理器闲置的I／0口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。(3)对微处理器使用电源监控及看门狗电路，有效提高整个电路的抗干扰性能。在速度能满足要求的前提下．尽量降低微处理器的晶振和选用低速数字电路。IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。
4 结论
在嵌入式系统开发时，充分考虑并满足系统抗干扰性的要求．有效地把问题控制在设计阶段，可以在系统设计过程中少走弯路和节省时间，并提高整机的稳定性。