單片機系統的電磁兼容性問題探討

楊文菊

新疆鋼鐵學校，新疆烏魯木齊 830022

單片機系統的電磁兼容性問題探討

楊文菊

新疆鋼鐵學校，新疆烏魯木齊 830022

隨著電子數字技術的不斷發展，單片機系統的應用廣泛，越來越復雜的應用程序需要單片機處理器具有較高的時鐘頻率，伴隨而來的電磁兼容性問題更加值得系統設計人員重視。單片機應用系統能否可靠地工作，能否達到電磁兼容的標準，與系統設計、電子元器件的選擇和使用、印刷線路的設計與布線產品的制造工藝等都有很大的關系。本文從使用的角度入手，介紹一些有關電磁兼容性相關內容，并介紹了在進行單片機應用系統設計時應該注意什么，為達到電磁兼容性的要求可以采取哪些措施。

單片機應用系統；電磁兼容性；電磁干擾

1 概述

電磁兼容性指電子線路、系統相互不影響，在電磁方面相互兼容的狀態。簡單的說，電磁兼容是一種能力，具備一定電磁兼容能力的電子產品至少需要滿足以下兩點要求：

1）系統本身抗電磁干擾能力強，不易受到外界電磁輻射信號的干擾；

2）系統本身不對其他儀器、設備產生電磁干擾。

電磁兼容性設計問題就是提高產品的抗干擾能力和抑制產品產生電磁干擾。在目前的單片機應用系統設計中，電磁兼容性的問題依舊是較棘手的部分。想要設計出好的產品，設計者不但要掌握很多相關理論知識，還要具有很多的實際開發經驗。

2 電磁干擾常見問題

2.1 射頻干擾

現在的蜂窩電話系統、手持無線電、無線電遙控單元等無線電發射設備都是利用射頻方式工作的，發出的信號對于其它設備來說就是干擾，典型的設備故障常出現在場強1V/m～10V/m的區間里。

2.2 靜電放電

靜電現象可能引起元器件損壞，還會產生干擾。目前，高速、高集成度的電子器件靈敏度越來越高，就越容易受到靜電放電產生的干擾。

2.3 電力干擾

大部分的電子設備采用的是開關電源，開關電源本身的三極管在工作狀態產生干擾頻譜；電力線上電壓變化、電涌、電瞬變都可能產生干擾。

2.4 自兼容性

設備內各組成之間也可產生干擾，這種干擾可通過信號線的傳導和輻射傳播。

3 抑制電磁干擾的基本手段

歸根究底，抑制電磁干擾就是要控制電磁干擾產生的3個要素：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備，有效控制其中的任一要素都會增強系統的抗電磁干擾的能力。選擇適當的電磁干擾抑制技術，就是電磁兼容性研究的內容。

方法一：抑制干擾源

先確定干擾源的位置，在靠近干擾源的地方采取措施。一般如市電電源中的奇次諧波、繼電器吸合、電容充放電、電機運行、集成電路開關工作都可能是干擾源。一般采用的抑制方法是：低噪聲電路、瞬態抑制電路、旋轉裝置抑制電路和穩壓電路等。在器件的選擇時盡可能使用低噪聲、高頻特性好、穩定性高的電子元件。

方法二：切斷電磁干擾耦合途徑

抑制傳導中干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通（LPE）、高通（HPE）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）四種，在使用時應根據信號與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器。

對于通過供電電源線傳導的噪聲可采用電源濾波器來濾除。

對傳輸線路及印刷電路板的布線設計，應注意進線與出線，信號線與電源線盡量分開。

對于輻射干擾，主要措施是采用屏蔽技術和分層技術。

方法三：降低電磁敏感裝置的敏感度

一方面人們希望接收裝置靈敏度高，提高對信號的接收能力，另一方面靈敏度越高的裝置受到噪聲影響的可能性也越大。因此，根據具體情況可以采用降額設計，網絡鈍化，功能鈍化等方法來解決問題。

4 提高產品電磁兼容性的具體措施

電磁兼容性和電磁干擾是衡量一個產品設計好壞的重要指標，因此必須從原理圖設計開始就要考慮解決問題的方法。

4.1 器件的選擇

在實際設計應用中，在滿足功能的前提下，為減少電磁干擾，設計電路時應盡量選擇邊沿速率低的器件。根據系統的指標要求和成本控制等方面選擇合適的元器件封裝，考慮以下幾個方面：

引線長度：引線長度不宜過長，否則會導致地電位不均勻，會產生天線效應。一般DIP封裝的元件引線電感最大，BGA封裝引線電感最小；

元器件尺寸：盡量減少電路板尺寸，減少PCB走線的長度，可以采用多層電路板；

封裝類型：對于要求較高的產品應該優先選用表面貼裝技術（SMT）的器件。

4.2 PCB布局

設計PCB板布局時，必須充分考慮電磁兼容性問題。總的原則是各器件之間的連線要盡量短，尤其要注意將模擬信號部分、高速數字信號部分、大功率噪聲源部分等合理分開并盡量加以隔離，減少他們之間的相互耦合。

按照工作速度快慢或電源電壓的等級對單元電路進行分組，將同組元件放在一起，以便于在空間上保證各組間元器件不產生相互干擾。

根據單元電路的工作頻率分為高速電路如微處理器、中速電路如顯示處理、低速電路如接口、模擬電路如模擬信號放大器。

電源電壓不同，電路的種類也不同，數字電路常用5V，模擬運算放大器常用12V。

4.3 PCB布線

PCB的走線是導線，具有一定的長度，可以像天線一樣向外輻射能量或接收能量，因此PCB的走線要避免輻射和接收電磁能量。

主要的做法是：同一線層的線寬要一致；相鄰走線層的信號總體走線方向要相互垂直；盡量縮短高速信號線的長度。

4.4 接地

接地指的是電路板或設備與大地連接，從而增加系統的電磁兼容性和安全性。電源線、接地線及數據線傳輸方向最好一致，有利于增強電子產品的抗干擾能力；地線可環繞電路板一周，方便元器件能就近接地；接地線盡量加寬，以減少地線上的阻抗；數字信號底線和模擬信號地線要分開布線，防止電路間相互干擾。

4.5 旁路和去耦電容

旁路和去耦可用來隔斷交流信號的傳輸，防止電路之間信號的相互干擾。去耦電容一般為100μf以上，跨接在電源進線上，作為電源的濾波；旁路電容的等效阻抗應越小越好，將電路的某部分交流信號接到底線上。

5 結論

除了在產品硬件設計中要注重電磁兼容性的設計外，在軟件設計中，設計者應考慮通過電源監控、“看門狗”、軟件冗余技術等方法進一步的提高單片機控制系統的可靠性。

[1]張萌，和湘，姜斌.單片機應用系統開發綜合實例[M].清華大學出版社，2007，7：65-71.

[2]郝瑞生.單片機原理及接口技術[M].中國勞動社會出版社，2008，7：167-169.

[3]謝劍英，賈青.微型計算機控制技術[M].國防工業出版社，2002，5：67-69.

TP368

A

1674-6708（2011）50-0201-02