影响单片机系统可靠安全运行的紧张成分紧张来自系统内部和外部的各种电气滋扰,并受系统构造设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的滋扰成分,常会导致单片机系统运行失落常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事件,造成重大经济丢失。
形成滋扰的基本要素有三个:
(1)滋扰源。指产生滋扰的元件、设备或旗子暗记。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为滋扰源。
(2)传播路径。指滋扰从滋扰源传播到敏感器件的通路或媒介。范例的滋扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件。指随意马虎被滋扰的工具。如:A/D、 D/A变换器,单片机,数字IC,弱旗子暗记放大器等。
1 滋扰的耦合办法
滋扰源产生的滋扰旗子暗记是通过一定的耦合通道才对测控系统产生浸染的。因此,我们有必要看看滋扰源和被滋扰工具之间的通报办法。滋扰的耦合办法,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,紧张有以下几种:
(1)直接耦合:
这是最直接的办法,也是系统中存在最普遍的一种办法。比如滋扰旗子暗记通过电源线侵入系统。对付这种形式,最有效的方法便是加入去耦电路。
(2)公共阻抗耦合:
这也是常见的耦合办法,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情形。为了防止这种耦合,常日在电路设计上就要考虑。使滋扰源和被滋扰工具间没有公共阻抗。
(3)电容耦合:
又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。
(4)电磁感应耦合:
又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。
(5)泄电耦合:
这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。
2 常用硬件抗滋扰技能
针对形成滋扰的三要素,采纳的抗滋扰紧张有以下手段。
2.1 抑制滋扰源
抑制滋扰源便是尽可能的减小滋扰源的du/dt, di/dt。这是抗滋扰设计中最优先考虑和最主要的原则,常常会起到事半功倍的效果。 减小滋扰源的du/dt紧张是通过在滋扰源两端并联电容来实现。减小滋扰源的di/dt则是在滋扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制滋扰源的常用方法如下:
(1)继电器线圈增加续流二极管,肃清断开线圈时产生的反电动势滋扰。仅加续流二极管会使继电器的断开韶光滞后,增加稳压二极管后继电器在单位韶光内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一样平常是RC串联电路,电阻一样平常选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。
(3)给电机加滤波电路,把稳电容、电感引线要只管即便短。
(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1 μF高频电容,以减小IC对电源的影响。把稳高频电容的布线,连线应靠近电源端并只管即便粗短,否则,即是增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
2.2 割断滋扰传播路径
按滋扰的传播路径可分为传导滋扰和辐射滋扰两类。
所谓传导滋扰是指通过导线传播到敏感器件的滋扰。高频滋扰噪声和有用旗子暗记的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法割断高频滋扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来办理。电源噪声的危害最大,要特殊把稳处理。
所谓辐射滋扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的滋扰。一样平常的办理方法是增加滋扰源与敏感器件的间隔,用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。
割断滋扰传播路径的常用方法如下:
(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,全体电路的抗滋扰就办理了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的滋扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件哀求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。
(2)如果单片机的I/O口用来掌握电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。
(3)把稳晶振布线。晶振与单片机引脚只管即便靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
(4)电路板合理分区,如强、弱旗子暗记,数字、仿照旗子暗记。尽可能把滋扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)阔别。
(5)用地线把数字区与仿照区隔离。数字地与仿照地要分离,末了在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。
(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互滋扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。
(7)在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方利用抗滋扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显著提高电路的抗滋扰性能。
2.3 提高敏感器件的抗滋扰性能
提高敏感器件的抗滋扰性能是指从敏感器件这边考虑只管即便减少对滋扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快规复的方法。
提高敏感器件抗滋扰性能的常用方法如下:
(1)布线时只管即便减少回路环的面积,以降落感应噪声。
(2)布线时,电源线和地线要只管即便粗。除减小压降外,更主要的是降落耦合噪声。
(3)对付单片机闲置的I/O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形下接地或接电源。
(4)对单片机利用电源监控及看门狗电路,如: IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大幅度提高全体电路的抗滋扰性能。
(5)在速率能知足哀求的条件下,只管即便降落单片机的晶振和选用低速数字电路。
(6)IC器件只管即便直接焊在电路板上,少用IC座。
2.4 其它常用抗滋扰方法
(1)互换端用电感电容滤波:去掉高频低频滋扰脉冲。
(2)变压器双隔离方法:变压器低级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与低级间电容中央接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗滋扰的关键手段。次级加低通滤波器:接管变压器产生的浪涌电压。
(3)采取集成式直流稳压电源: 有过流、过压、过热等保护浸染。
(4)I/O口采取光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。
(5)通讯线用双绞线:打消平行互感。
(6)防雷电用光纤隔离最为有效。
(7)A/D转换用隔离放大器或采取现场转换:减少偏差。
(8)外壳接大地:办理人身安全及防外界电磁场滋扰。
(9)加复位电压检测电路。防止复位不充分, CPU就事情,尤其有EEPROM的器件,复位不充份会改变EEPROM的内容。
(10)印制板工艺抗滋扰:
① 电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以减少互感振荡。
② CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频滋扰旗子暗记。
③ 独立系统构造,减少接插件与连线,提高可靠性,减少故障率。
④ 集成块与插座打仗可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,防止器件打仗不良故障。
⑤ 有条件的采取四层以上印制板,中间两层为电源及地。