談單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　本文中所提到的對(duì)電磁干擾的設(shè)計(jì)我們主要從硬件和軟件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，下面就是從單片機(jī)的PCB設(shè)計(jì)到軟件處理方面來(lái)介紹對(duì)電磁兼容性的處理。

　　一、影響EMC的因數(shù)

　　1、電壓：電源電壓越高，意味著電壓振幅越大，發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。

　　2、頻率：高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號(hào)產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻單片機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào);在模擬系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。

　　3、接地：在所有EMC題目中，主要題目是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬摹Ｓ腥N信號(hào)接地方法：?jiǎn)吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在頻率低于1MHz時(shí)，可采用單點(diǎn)接地方法，但不適宜高頻;在高頻應(yīng)用中，最好采用多點(diǎn)接地。混合接地是低頻用單點(diǎn)接地，而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線布局是關(guān)鍵，高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合。

　　4、PCB設(shè)計(jì)：適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布線對(duì)防止EMI是至關(guān)重要的。

　　5、電源往耦：當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)，在電源線上會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來(lái)自高di/dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓，高di/dt產(chǎn)生大范圍的高頻電流，激勵(lì)部件和線纜輻射。流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化和電感會(huì)導(dǎo)致壓降，減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。

　　二、對(duì)干擾措施的硬件處理方法

　　1、印刷線路板(PCB)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　PCB是單片機(jī)系統(tǒng)中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性影響很大，實(shí)踐證實(shí)，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印刷電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，假如印刷電路板的兩條細(xì)平行線靠的很近，會(huì)形成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計(jì)印刷電路板的時(shí)候，應(yīng)留意采用正確的方法，遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾的設(shè)計(jì)要求。要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。

　　2、輸入/輸出的電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　在單片機(jī)系統(tǒng)中輸進(jìn)/輸出也是干擾源的傳導(dǎo)線，和接收射頻干擾信號(hào)的拾檢源，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)一般要采取有效的措施：①采用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進(jìn)進(jìn)。

　　②在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離)，從而阻斷干擾的傳播。

　　3、單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門狗系統(tǒng)對(duì)整個(gè)單片機(jī)的運(yùn)行起著特別重要的作用，由于所有的干擾源不可能全部被隔離或往除，一旦進(jìn)進(jìn)CPU干擾程序的正常運(yùn)行，那么復(fù)位系統(tǒng)結(jié)合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯(cuò)防御的屏障了。常用的復(fù)位系統(tǒng)有以下兩種：①外部復(fù)位系統(tǒng)。外部“看門狗”電路可以自己設(shè)計(jì)也可以用專門的“看門狗”芯片來(lái)搭建。然而，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，大部分專用“看門狗”芯片對(duì)低頻“喂狗”信號(hào)不能響應(yīng)，而高頻“喂狗”信號(hào)都能響應(yīng)，使其在低頻“喂狗”信號(hào)下產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作而在高頻的“喂狗”信號(hào)下不產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作，這樣，假如程序系統(tǒng)陷進(jìn)一個(gè)死循環(huán)，而該循環(huán)中恰巧有著“喂狗”信號(hào)的話，那么該復(fù)位電路就無(wú)法實(shí)現(xiàn)它的應(yīng)有的功能了。然而，我們自己可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶通的“喂狗”電路和其他復(fù)位電路構(gòu)成的系統(tǒng)就是一個(gè)很有效外部監(jiān)控系統(tǒng)了。

　　②現(xiàn)在越來(lái)越多的單片機(jī)都帶有自己的片上復(fù)位系統(tǒng)，這樣用戶就可以很方便的使用其內(nèi)部的復(fù)位定時(shí)器了，但是，有一些型號(hào)的單片機(jī)它的復(fù)位指令太過(guò)于簡(jiǎn)單，這樣也會(huì)存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗”指令，使其失往監(jiān)控作用。有一些單片機(jī)的片上復(fù)位指令就做的比較好，一般他們把“喂狗”信號(hào)做成固定格式的多條指令依順序來(lái)執(zhí)行，假如有一定錯(cuò)誤則該“喂狗”操縱無(wú)效，這樣就大大進(jìn)步了復(fù)位電路的可靠性。

　　4、振蕩器

　　大部分的單片機(jī)都有一個(gè)耦合于外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上，要求外接是電容、晶體或陶瓷諧振器的引線越短越好。RC振蕩器對(duì)干擾信號(hào)有潛伏的敏感性，它能產(chǎn)生很短的時(shí)鐘周期，因而最好選晶體或陶瓷諧振器。另外，石英晶體的外殼要接地。

　　5、防雷擊措施

　　室外使用的單片機(jī)系統(tǒng)或從室外排擠引進(jìn)室內(nèi)的電源線、信號(hào)線，要考慮系統(tǒng)的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS等。氣體放電管是當(dāng)電源的電壓大于某一數(shù)值時(shí)，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線上強(qiáng)沖擊脈沖導(dǎo)進(jìn)大地。TVS可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當(dāng)兩端電壓高于某一值時(shí)導(dǎo)通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數(shù)百乃上千A的電流。