(整理)保护装置抗干扰措施

硬件抗干扰：一．产品结构的电磁兼容设计●为了提高机箱的屏蔽效果，在接缝处可使用导电衬垫，显示窗可使用导电玻璃。

用于改善机箱屏蔽性能的各种金属衬垫、导电橡胶、导电漆、透明屏蔽玻璃等都有助于减小设备的辐射发射和提高抗扰度。

另外，机壳通风孔径大于5mm以上时，要盖上一层金属网罩，且将边缘与外壳焊牢，以保证良好的屏蔽效果。

●在产品的结构设计中应将装置的强电部分和弱电部分尽量分开来，采取将微机保护的核心部分如CPU、存储器、A／D转换器和有关地址译码电路集中在一、两个插件上，并在布置上远离强电干扰源。

在可能的情况下，在强电部分和弱电部分之间加一层金属板加以屏蔽，该金属板也要与机箱、大地连到一起。

●抑制静电放电干扰应从提高电子设备表面的绝缘能力着手，在可能发生静电放电的部位或装置加强绝缘或加以屏蔽，并接地良好。

如：装置表面可涂刷绝缘漆；操作开关等部位留足隔离间隙等。

二．电源回路的电磁兼容设计●电源回路的电磁兼容设计主要是采用滤波技术。

由于本装置采用了专用的开关电源模块，所以这一部分的抗干扰问题基本已经解决。

三．交流量回路的电磁兼容设计●由于电磁干扰是直接从CT、PT的初级引线进入装置内部的，所以CT、PT的初级引线要尽量短，并且不能互相交叉，以减少它们彼此之间的相互干扰。

在设计印刷电路板时，应考虑将强电部分与弱电部分在空间上分开来，强电部分可考虑安装金属屏蔽罩，以减少强电部分对弱电电路的空间辐射电磁干扰。

●另外，CT、PT原副边绕组间的隔离层应接至机箱，以防止外部浪涌电压的影响。

四．开关量回路的电磁兼容设计●开关量输入信号送给CPU之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离，而且两级光电隔离效果会比较好，在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设一级光电隔离。

开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦或继电器进行隔离，而且两级隔离效果会比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。

其中，隔离光耦两侧电源应该独立，否则起不到隔离作用。

●继电器与接触器的触点在通断瞬间会产生电弧或火花的干扰，适当地降额使用可以明显地减弱这种干扰，应选用触点容量大于电路上可能出现的最大容量的继电器。

采用非线性电阻抑制电感负载断开时的浪涌电流也可以收到明显的灭弧与灭火花效果，直流负载线圈（信号继电器的直流线圈）可并联反向二极管。

●可将继电器及其驱动控制电路设计为一块插件板，并在它与其它插件板之间加插一块屏蔽板（可以是一块敷铜板，钢箔通过引线与系统外层屏蔽相连）。

五．微处理器电路的电磁兼容设计●印刷线路板合理分区：即将模拟电路区、数字电路区、功率驱动区分开布置。

●对线路板上的元器件分组，以便在空间上保证各组的元器件不致于相互干扰。

一般先按使用电源电压分组，再按数字与模拟、高速与低速以及电流大小等进—步分组。

不相容的器件要分开布置，例如发热元件远离关键集成电路，磁性元件要屏蔽，敏感器件则应远离CPU时钟发生器等等。

所有连接器最好放在印制板的一侧，尽量避免从两侧引出电缆，以便减小共模电流辐射。

高速器件（频率大于10MHz或上升时间小于2ns的器件）尽可能远离连接器。

I/O驱动器则应紧靠连接器，使其尽快离开印刷板，以免I/O信号在板上长距离走线、耦合上干扰信号。

●信号线的布置（1）不相容的信号线（数字与模拟、高速与低速、大电流与小电流、高电压与低电压等）应相互远离，不要平行走线。

分布在不同层上的信号线走向应相互垂直，这样可以减少线间的电场和磁场耦合干扰。

另外，板内平行条状引线的线间杂散电容会引起线间串扰，因此在电路板设计时要避免长距离的平行引线，可以在走线间有意识地插入一些地线（或电源线）作为线条间的隔离措施。

（2）高速信号线要尽可能的短，以免干扰其他信号线。

在双面板上，必要时可在高速信号线两边加隔离地线。

（3）布线时应采取措施，使得信号线全程走线的特性阻抗保持不变。

a)高速信号线布置在同一层上，不经过过孔。

一般数字信号线应避免穿过二个以上的过孔。

b)信号线90度直角拐弯会产生特性阻抗变化，所以拐角处应设计成弧形或用两个45度角连接。

c)信号线不要离印刷板边缘太近，留有的宽度应至少大于0.15mm，否则会引起特性阻抗变化，而且容易产生边缘场，增加向外的辐射。

d)在印刷板上不允许有任何电气上没有连接而悬空的金属存在。

例如集成片上空闲的引脚、散热片、金属屏蔽罩、支架和板上没有利用的金属面等都应该就近接地线层。

●印制电路板上的供电线路应加滤波器和去耦电容。

在板的电源引入端使用大容量的电解电容10uF—100u F作低频滤波，再并联一只0.01—0.1uF的陶瓷电容作高频滤波。

板上集成片的电源引脚和地线引脚之间应加0.01uF的陶瓷电容进行去耦、至少每3块集成片应有一个去耦电容。

去耦电容应贴近集成片安装、连接线应尽量短，最大不超过4cm。

去耦回路的面积也应尽可能减小。

采用表面贴装的去耦电容可以进一步减小去耦回路的面积，达到良好的滤波效果。

●集成电路的引脚该接电源、地的都要接，不要悬空。

闲置不用的门电路输入端不要悬空，应将其接至固定的无效电平（若接电源需加限流电阻）。

闲置不用的运算放大器正输入端接地，负输入端接输出端。

●采用光耦进行数字信号的隔离。

对于模拟信号的隔离常用的有：差分放大器（隔离电压低），V/F转换的光电隔离电路（应用电路复杂）和隔离变压器（性能好但价格昂贵）。

●将同时产生变化的信号线成束集中，如地址线、数据线，并用地线将其与别的信号线隔离。

●重要芯片如CPU，RAM，EEPROM，A/D，D/A等在板上元件面采用大面积地线，以屏蔽片下焊接面大量走线对芯片的干扰。

●A/D转换器是模拟电路和数字电路的集中点，在布线上应使模拟电路和数字电路分区域安排，不要让它们互相交叉。

●晶振的引脚应尽量靠近CPU相应的输入引脚，晶振外壳要接地。

可以用地线将时钟区包围起来，使周围电场尽可能减小。

●电位器、可变电容、可变电感等应位于可方便调节的地方。

●对于开关、按键等机械开关断合产生的抖动干扰可采用消抖电路作为接口加以消除，最简单的方法就是在信号输入端采用消抖电容。

●无屏蔽的带状扁平电缆在使用中遇到的重要问题是信号与地线的分配。

最好的接线方式是让信号线和地线相间排列（即一根信号配一根地线），这样每根信号都有一个单独的接地回路，公共阻抗的耦合不存在，线间串扰也减至最小。

若为了节省用线数，可以采用两根信号线隔一根地线的方式排列。

●较重的元器件不能仅靠焊盘来固定，应当使用支架或卡子加以固定。

●对静电放电的防护：在印刷电路板设计时，考虑到插拔电路板时人体放电对器件的损害，为此在印刷电路板外围要增画一条保护环，保护环与印刷板的接地端相连。

拔取时，由于人手首先接触到的是保护环，因此放电就在保护环与人手之间进行，并通过接地端释放到地，实现了印刷板的静电放电保护。

●为了保证CPU和RAM的电源不出现掉电故障，一般采用电源监控和掉电保护电路。

●在成本许可的情况下，CPU主板可考虑采用4层电路板，它由于使用了专用的接地层，所以抗电磁干扰的能力比双层电路板提高很多。

六．保护测控系统的接地设计●微机保护装置的接地包括两类：一是金属机箱和各种隔离变压（流）器屏蔽层需与大地联接，接地电阻应<10殴。

另一类是指装置内部的数字地（或称逻辑地，即数字器件的零电位点），模拟地（即采样保持器和A/D转换器模拟部件等的零电位点）。

通常应将数字地和模拟地仅在一点相连，且两者都与内部直流电源零电位连接，内部零电位应全悬空，即不与机箱连接，以便有效地抑制共模干扰。

●采用浮地——屏蔽接地方案微机测控系统中，通常是把数字电子装置和模拟电子装置的工作基准地浮空，而设备外壳或机箱采用屏蔽接地。

此浮地方式可使微机系统不受大地电流的影响，提高了系统的抗干扰性能。

●合理安排接地方式。

通常高频电路（大于10MHz），其布线与元器件之间的寄生电感和分布电容会造成各个接地之间的耦合，可采用多点接地；对中频电路（1—10M），如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地；在低频电路中，因布线和元件间的寄生电感影响不大，为减少地线环流，常采用一点接地。

●地线的布置：（1）布置地线时首先考虑的问题是“分地”，即根据不同的电源电压、数字电路和模拟电路分别设置地线，数字地与模拟地必须分开；（2）双面板的地线通常采用井字形网状结构、即一面安排成梳形结构地线，另一面安排几条与之垂直的地线，交叉处用过孔连接。

网状结构能减小信号电流的环路面积。

地线应尽可能地粗，以减小地线上的分布电感。

软件抗干扰：一．数字滤波方法●通过各种数字滤波算法消除模拟输入信号中噪声干扰的影响。

二．指令或参数冗余●NOP空操作指令的使用可在双字节和三字节指令后插入两个NOP指令，可保证其后的指令不被拆散。

因为“跑飞”的程序即使落在操作数上，由于两个NOP的存在，也不会将其后面的指令当操作数执行，从而使程序纳入正规。

对程序流向起决定作用的指令（如RET, RETI, ACALL, LCALL, LJMP, JZ, JNZ, JC, JNC, DJNZ等）和某些对系统工作状态其重要作用的指令（如SETB EA等）之前插入两条NOP指令，可保证跑飞程序迅速纳入正规，确保这些指令正确执行。

●●重要指令的重复使用对程序流向起决定作用的指令和某些对系统工作状态其重要作用的指令可以进行重复，某些外围芯片的初始化控制字可以定期或不定期地进行刷新，以确保这些指令正确执行。

●对运行参数进行多元冗余设计，把每一参数同时存放在RAM区的不相靠近的多个单元里。

如果某一单元的数据被改变，而其它几个单元里的数据完好，则仍可保证系统的正常运行。

对于重要的程序段或子程序也可采用冗余设计，以免使系统发生误动作。

三．软件陷阱设置软件陷阱，即在非程序区设置拦截措施，程序步入陷阱，然后迫使程序进入循环区内。

●加未使用的中断服务程序：程序中未使用的中断都编制成相应的错误处理程序，即使中断被干扰信号触发，执行的也是相应的错误处理程序，使程序继续执行正确的流程。

●●ROM和RAM中的剩余空间应填入有利于抗干扰的规则代码或NOP空操作指令，而不要留驻一些任意的随机码。

●程序区的多余空间里可重复安排跳转指令或RST指令，以便对可能出现的程序跑飞进行拦截，使之跳转到所需的地址处。

●RAM数据保护的条件陷阱：可在RAM写操作之前加入条件陷阱，不满足条件时不允许写入，并进入陷阱，形成死循环，之后可以通过后面提到的“看门狗”技术使其摆脱。

四．“看门狗”技术●●启用看门狗定时器，保证程序跑飞时及时复位。

五．开入/开出软件抗干扰●对接口中的输入数据信息进行多次重复检测，以确定输入信号的真伪。

●●开关量输出软件抗干扰设计主要采用重复输出的方法，对于那些用锁存器输出的控制信号，这些措施很有必要。