對(duì)于防止單片機(jī)系統(tǒng)過(guò)程通道中干擾的探討

1 引言

干擾一般是以隨機(jī)出現(xiàn)的脈沖形式進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)的，主要來(lái)自電網(wǎng)上和系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載突變形成的交變磁場(chǎng)和電場(chǎng)耦合系統(tǒng)內(nèi)部，形成尖峰脈沖電勢(shì)或電流疊加到某些芯片的數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)或控制線(xiàn)上，從而擾亂輸入信號(hào)，破壞某些器件的工作狀態(tài)。干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有兩條：空間場(chǎng)干擾 (通過(guò)電磁波感應(yīng)竄入系統(tǒng))和過(guò)程通道干擾。一般來(lái)講，空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于過(guò)程通道干擾，而且空間干擾可用良好的屏蔽、正確的接地方法以及采取必要的軟硬件濾波加以解決。這里只就過(guò)程通道的防止干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

2 過(guò)程通道的抗干擾設(shè)計(jì)

就過(guò)程通道而言，由于它直接與外部設(shè)備相連，因此無(wú)論是數(shù)字量的輸入輸出通道，還是模擬量的輸入輸出通道，都是干擾竄入渠道。要截?cái)噙@條渠道，一是要去掉外部設(shè)備與過(guò)程通道之間的公共地線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)彼此電隔離；二是要合理設(shè)計(jì)元器件的布局和它們之間的走線(xiàn)，減小電路和分布電容、雜散電磁場(chǎng)，抑制各種干擾噪聲的產(chǎn)生。

3 數(shù)字量通道的抗干擾設(shè)計(jì)

由于數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)的狀態(tài)只有兩個(gè)，疊加在數(shù)字信號(hào)上的干擾只有幅度和寬度都達(dá)到一定量值時(shí)才能起作用，因此在硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)突出考慮隔離問(wèn)題。

3.1開(kāi)關(guān)量輸入

對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入(包括數(shù)字信號(hào))，最有效的辦法是采用光電隔離措施和增加必要的電路，將供電電源與主機(jī)電源分開(kāi)獨(dú)立使用。

3.1.1 直流輸入

直流輸入電路示于圖1。由圖中可見(jiàn)，輸入電路與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)主機(jī)采用不同電源供電，使兩部分電路完全隔開(kāi)，信號(hào)在光耦合器中是以光來(lái)傳遞的。

光耦合器的傳遞特性是：在輸入端發(fā)光管通以電流IF大約2μs以后，輸出三極管才導(dǎo)通。這樣，小于1μs的干擾信號(hào)就不能通過(guò)光耦合器有效地傳輸。另外，在輸入電路結(jié)構(gòu)上還可以采用常規(guī)的方法來(lái)抑制干擾，比如在輸出級(jí)加π型濾波網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)幅頻特征曲線(xiàn)如圖2所示。

在直流輸入的數(shù)字量接口中，主要是通過(guò)光耦合來(lái)隔離主機(jī)與外部的干擾信號(hào)，并在接口電路上想辦法來(lái)抑制干擾。

3.1.2 交流輸入

交流輸入一般是先把交流整流成直流，然后經(jīng)濾波降壓送入直流電路中（圖3）。另外，現(xiàn)已有雙向光耦合器問(wèn)世，它將使電路更為簡(jiǎn)單可靠（圖4）。