开关器件通断瞬间电磁干扰危害之一二实例

开关器件通断瞬间电磁干扰危害之一二实例

安徽电子科学研究所李浩

近日，听闻同事抱怨调试中的电路经常出现单片机死机的情况。而上一版与此版电路结构和程序都几乎相同的电路却没有出现过类似问题。想来想去，开始怀疑是程序中计算出错导致溢出等软件问题，又一回想，该程序是他使用了近两年的成熟程序，应该不会是程序出错导致单片机死机。经调试发现，单品机是进入了硬件异常死循环中。那么，我想咱们就从硬件着手查找下问题所在。一看电路板上有继电器且继电器与单片机部分距离较近且无任何隔离措施，本次调试的电路与上一版电路相比，继电器距离单片机和晶振的距离更近一些。于是想到了一种可能原因，那就是继电器触点在通断过程中或释放出较严重的高频干扰信号，影响到与之临近的单片机和晶振。讲到这里，同事表示认同，于是他将晶振的外壳与电路地焊接起来，再经一番测试，没有再发现单片机死机的情况了。

关于晶振外壳是否该接地的问题，我想答案可能不是唯一的。像本案例中，外壳接地显然有助于提高抗干扰的能力，既然如此为何厂家在设计时不预留专门用于接地的焊点呢？我想，是不是这样的做法可能对晶振性能产生影响呢？究竟如何抉择，估计得要电子工程师们因地制宜了。

下图所示为两块尺寸大小不同的电路板：

实际上开关器件在通断瞬间会产生的含有高频脉冲的电磁干扰现象，对于略有修为的工程师们应该都是明了的。我猜想，对于大多数电子工程师而言，可能对于此类干扰还只是停留在感性认识上，只是知道开关器件应该是会产生电磁干扰的，要注意去防护，而对于其电磁干扰的幅度和危害性没有真正形成量化的认识，似懂而非懂，若即若离。当然，也不排除本人自己少见多怪，孤陋寡闻咯。在此我讲述一个之前遭遇的案例。电路其中一项功能是通过单片机的IO口捕捉上升沿，以判定是否IO口所接信号是否变动。正常测试一切OK，偶然的机会，在操作电路板附近的电焊台开关时，发现IO误判信号出现上升沿，且概率较大，插拔附近的插座时同样出现此情况。开始时我只想到的是，开关瞬间产生的干扰信号是通过电路导线耦合至IO口所接信号线上的，即以为传导骚扰是造成干扰出现的罪魁祸首。为验

证猜想的正确性，遂将IO口所接导线的另外一头悬空，试想，信号线都悬空了干扰信号不会有传播路径了。试验结果表明，上述情况仍然存在。那么，问题就来了，既然IO线都悬空了干扰信号是如何传播进来的呢？辐射！对就是辐射，信号的传播路径无非就是两种，传导或是辐射。仔细一想，干扰现象出现且存在有哪些要素呢？干扰源、传播路径、敏感区域，现在干扰源是明确的，即开关设备，传播路径也是明了的即空间辐射，那么敏感区域呢？吸收电磁波肯定是需要天线的哦，贴片单片机那么短小的针脚应该不会充当有那么大接收效率的天线吧，那么问题很清晰了，与单片机IO连接的信号线约15cm的排线可不是很好的接收天线嘛！想到这里拔除信号线，上述干扰现象不复出现。

下图便是示波器探头接在信号线上时，操作电焊台电源开关瞬间，信号线上的波形。仔细一瞅，我的个乖乖，干扰信号幅度达到正负好几伏呢。

那么此问题如何解决呢？两种思路，一是从硬件上优化设计，这条不太能接受，因为要费事费时费银子。二是软件上加以处理，增加延时判断，类似于按键防抖吧。

草草的写了一番，没来得及看看是否言语有误，多多包涵吧。