嵌入式系統硬件抗干擾技術的研究

潘興民++姜凱文

摘 要：在一些特殊的工作環境之中嵌入系統要面對更加復雜的外部電磁環境，會造成嵌入式系統出現內外干擾問題，進而影響該設備發揮出其最大的效能。而嵌入式系統的抗干擾能力又主要分布于系統硬件部分，為此就必須要對嵌入式系統硬件的抗干擾技術加以深入研究與探討，以期為進一步提高嵌入式系統的可靠性做有益的鋪墊。

關鍵詞：嵌入式系統 硬件 抗干擾 可靠性

中圖分類號：TP316 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0135-02

近些年來隨著網絡信息技術的不斷發展與進步，嵌入式技術也在不斷的更新換代之中得到了有效的提高?？梢哉f嵌入式系統由于其具有較強的專用性，且軟硬件能夠被量體裁衣，所以被廣泛應用到各個領域之中。也正因如此，常常被應用到一些特殊工作環境之下的嵌入式系統，更需要有效提高其自身的可靠性，由此也就需要對嵌入式系統的硬件抗干擾技術加以深入的研究與探討。以下筆者即結合個人在嵌入式系統上的研究經驗與相關參考文獻，就嵌入式系統硬件抗干擾技術展開粗淺的分析與探討，以供大家參考借鑒。

1 嵌入式系統的干擾因素

如若我們對嵌入式系統的干擾進行剖析則可以將其干擾分為以下兩種類型，即內部干擾與外部干擾。所謂的內部干擾主要是指因為嵌入式系統自身問題而造成的干擾，如印制電路板在設計上的問題、元器件熱噪聲問題；外部干擾則是指因為外界環境而給嵌入式系統帶來的干擾，如電池干擾、電磁波干擾、電網干擾等。通常情況下高電壓、大電流、電火花等電磁信號場都是干擾嵌入式系統的主要外部干擾渠道。特別是嵌入式系統的中央處理器如若受到較為嚴重的電磁干擾，甚至會造成嵌入式系統發生崩潰問題。

2 嵌入式系統硬件抗干擾技術

嵌入式系統的抗干擾能力，主要依靠的就是硬件所發揮出來的抗干擾能力，因此，在對嵌入式系統實施抗干擾設計的過程中，其重點必須要放在硬件之上，也只有如此，才能夠抑制住絕大多數的干擾，使其系統更加可靠、穩定。

2.1 對印制電路板實施的抗干擾設計工作

嵌入式系統的印刷電路板是全套電子系統的重要載體，在系統之中發揮著所有芯片的電氣連接效用。因此，做好印刷電路板的抗干擾設計尤為重要。要想制作出一塊性能卓越且具有較高穩定性的印刷電路板，首先就必須要能夠熟練地掌握電路線路、信號完整性以及電磁的兼容性等相關理論知識，同時還必須要能夠將這部分理論知識應用到實踐工作之中，能夠熟練地掌握EDA這種工具技能，進而為嵌入式系統印刷電路板的設計打下堅實的基礎。具體來講，在印刷電路板抗干擾設計過程中，整個元件的布局以及走線必須要遵循相應的原則。

第一，在原件布局上應遵循的原則。應該在印制電路板的兩端分別布置有輸入部分與輸出部分，盡可能地讓相關的關聯器件能夠靠得更近一些，從而最大限度地縮短器件間的連接導線距離。而對于那些擁有著相似工作頻率且相互之間極易產生干擾電平原件，應該確保其相互之間的相對距離。對于一些容易發熱的器件，為了幫助其散熱，可以采取將其布置于印刷電路板邊緣的處理方法。在布置高壓大功率器件時必須要確保其與低壓小功率器件保留出一定的間距，可使用分開布線這種布局。此外，為了造成感應、溫漂等問題，禁止在大功率、大電流元器件的周圍布設一些熱敏器件、運算放大器。

第二，在走線上應遵循的原則。在布局主要信號線時因為其主要集中在板中央上，所以地線包圍是最常使用的措施之一，且為了能夠讓信號線與信號回路線的實際環路面積始終保持在最小狀態下，則應該避免出現長距離的平行布線現狀，要盡可能將電氣互連點之間的布線長度予以縮短。為了能夠降低相鄰布線面的導線走線的寄生偶合問題，應該采取相互垂直、彎曲、斜交等形式。同時，為了能夠進一步提高輸入端的阻抗，必須要采取科學合理的信號線布局方案，從而縮短輸入引線。如若在實際運行過程中模擬與數字信號產生相互干擾問題，那么必須要對二者的地線實施隔離，從而達到提高抗干擾能力的根本目的。

2.2 做好光電隔離措施

光電隔離是目前嵌入式系統硬件抗干擾技術之中最為常見的一種抗干擾技術，其能夠對尖峰脈沖和各種噪聲干擾都起到抑制作用，進而有效地提高嵌入式系統的實際抗干擾能力。光電隔離措施在嵌入式系統中的具體應用環節有以下幾點：第一，當接收的外界信號之中混有干擾時，可以用光耦接口對嵌入式系統的輸入、輸出端進行連接，從而起到隔離信號、隔離噪聲的根本效用；第二，當嵌入式系統CPU之中接入功率驅動電路時，CPU極易遭受到驅動電路干擾，為此必須要對CPU以及功率驅動電路實時光耦隔離，提高抗干擾能力；第三，嵌入式系統在長線傳輸過程中十分容易遭受到外界的干擾，尤其是遠距離設備利用電纜進行連接時，設備與設備之間的地線電位差所形成的環路電流會產生差模干擾電壓，為此就必須要實施光耦隔離，從而保證長線傳輸的穩定性與可靠性。

2.3 做好電源抗干擾措施

為了進一步降低電源干擾問題，就必須要選擇那些抗干擾能力較強的供電系統。首先，在電力系統的選擇上應該使用那些交流穩壓電源，使電壓更趨于穩定，避免在實際運行過程中出現過壓問題與欠壓問題；其次，在電網中接入電源時，可使用隔離變壓器做好相應的隔離，最大限度地降低分布電容所造成的影響，增強抗共模干擾能力；最后，可使用通濾波器來避免高次諧波被引入到系統之中，提高系統的抗干擾能力。

2.4 去耦措施

產生瞬間噪聲電壓的根本原因，是因為電力在狀態轉換的過程中電源線上的尖峰電流會產生阻抗的有害耦合，為此要想解決這一問題就必須要配置去耦電容于印制電路板的關鍵部位之上，從而達到去耦的根本作用，在這個過程中需要始終遵循幾點原則，即：在電源輸入端跨接10～100F的電解電容器；為了實現高頻去耦，可以充分利用具備優質的高頻特性的0.1F陶瓷電容在各個原件電源輸入端進行對地跨接；如若ROM與RAM存儲器件的抗噪能力較差，在關斷時電源會出現較大的變化，則可以在芯片電源線以及地線進線端接入10～100F的去耦電容；將電容引線的實際長度盡量地進行縮短，并選擇表貼電容器在高頻旁路電容之中。

3 結語

在實際工作過程中，工作環境以及嵌入式系統自身的特點不可避免地會出現一定的干擾問題。因此，要想進一步提高嵌入式系統的實際運行安全，提高其可靠性，就必須要進一步提高嵌入式系統的硬件抗干擾能力，這是因為抗干擾能力主要體現于嵌入式系統的硬件部件之中。所以，本文筆者就如何提高嵌入式系統硬件的抗干擾能力提出了幾點個人建議，旨在為有效抑制干擾，進一步推動嵌入式系統的發展做出有益的鋪墊。

參考文獻

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