电路设计抗干扰措施

主要从系统硬件、软件和CPU 上采取的
• 硬件措施
• • • • • 光电隔离 过压保护电路 抗干扰电源 配置去耦电容 良好接地
• 软件措施
• 单片机在输出信号时，外部干扰有可能使信 号出错。如系统中单片机发出的驱动步进电 机的信号经锁存器锁存后传送给驱动电路， 锁存器对干扰非常敏感，当锁存线上出现干 扰时，会盲目锁存当前数据，而不管是否有 效。因此应将锁存器与单片机安装在同一电 路板上，使传输线上传送的是已经锁存好的 控制信号。 • 在软件上，最有效的方法就是重复输出同一 个信号，只要重复周期尽可能短，锁存器接 收到一个被干扰的错误信号后还来不及作出 有效的反应，一个正确的输出信号又来到， 就可以及时防止错误动作的产生。
(2)消除பைடு நூலகம்点火花的方法 (2)消除接点火花的方法
抑制干扰源常用的方法
(3)减小电机电磁噪声的方法 (3)减小电机电磁噪声的方法
LI=L2=100µH、C1=C2=4700pF、C3＝ LI=L2=100µH、C1=C2=4700pF、C3＝ 0.01µF左右 C1、C2接电机外壳 注意电容、 左右． 接电机外壳。 0.01µF左右．C1、C2接电机外壳。注意电容、 电感的引线要尽量短。 电感的引线要尽量短。
抑制干扰源常用的方法
(6)消除可控硅干扰的方法 (6)消除可控硅干扰的方法
一般C1=0.01µ F、 一般C1=0.01µ F、 R1=100—300Ω左右。 300Ω左右 R1=100 300Ω左右。
切断干扰传播路径
按干扰传播路 径可分为传导 干扰和辐射干 扰两类 (1)消除电源噪 (1)消除电源噪 声的方法
• 指令冗余
• 当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指 CPU受到干扰后， 受到干扰后 令码来执行，引起程序混乱。 令码来执行，引起程序混乱。这时我们首先要 尽快将程序引入正轨(执行真正的指令系列) 尽快将程序引入正轨(执行真正的指令系列)。 MCS-51系统中所有指令都不超过 个字节， 系统中所有指令都不超过３ MCS-51系统中所有指令都不超过３个字节， 而且有很多单字节指令。 而且有很多单字节指令。当程序弹飞到某一条 单字节指令上时，便自动纳入正轨。 单字节指令上时，便自动纳入正轨。当弹飞到 某一双字节或三字书指令上时， 某一双字节或三字书指令上时，有可能落到其 操作数上，从而继续出错。因此， 操作数上，从而继续出错。因此，我们应多采 用单字节指令， 用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一 些单字节指令（NOP）， ），或将有效单字节指令 些单字节指令（NOP），或将有效单字节指令 重复书写，这便是指令冗余技术。 重复书写，这便是指令冗余技术。
（6）IC器件尽量直接焊接在电路板上，少 IC器件尽量直接焊接在电路板上， 器件尽量直接焊接在电路板上 lC插座 插座， 用lC插座，增加芯片的抗干扰性能
设计印刷电路板时，必须要考虑抗干扰问题。 设计印刷电路板时，必须要考虑抗干扰问题。即 使电路原理图设计正确， 使电路原理图设计正确，而由于印刷电路板设计 不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。 不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
• 掉电保护
• 电网瞬间断电或电压突然下降将使微机系统陷入混乱 状态，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。 状态，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。 对付这一类事故的有效方法就是掉电保护。 对付这一类事故的有效方法就是掉电保护。掉电信号 由硬件电路检测到，加到单片机的外部中断输入端。 由硬件电路检测到，加到单片机的外部中断输入端。 软件中断将掉电中断规定为高级中断， 软件中断将掉电中断规定为高级中断，使系统及时对 掉电作出反应。在掉电中断子程序中， 掉电作出反应。在掉电中断子程序中，首先进行现场 保护，保存当时重要的状态参数，当电源恢复正常时， 保护，保存当时重要的状态参数，当电源恢复正常时， CPU重新复位 恢复现场，继续未完成的工作。 重新复位， CPU重新复位，恢复现场，继续未完成的工作。
• CPU抗干扰措施 CPU抗干扰措施
• 前面几项抗干扰措施是针对I/O通道，干扰 前面几项抗干扰措施是针对I/O通道， I/O通道 还未作用到单片机本身， 还未作用到单片机本身，这时单片机还能正 确无误地执行各种抗干扰程序， 确无误地执行各种抗干扰程序，当干扰作用 到单片机本身时（通过干扰三总线等）， ），单 到单片机本身时（通过干扰三总线等），单 片机将不能按正常状态执行程序， 片机将不能按正常状态执行程序，从而引起 混乱。如何发现单片机受到干扰， 混乱。如何发现单片机受到干扰，如何拦截 失去控制的程序流向， 失去控制的程序流向，如何使系统的损失减 如何恢复系统的正常运行， 小，如何恢复系统的正常运行，这些就是 CPU抗干扰需要解决的问题 抗干扰需要解决的问题。 CPU抗干扰需要解决的问题。
抑制干扰源常用的方法
(4)减小高频噪声对IC干扰的方法 (4)减小高频噪声对IC干扰的方法 减小高频噪声对IC
每个IC并接一个0.01～O.1µF的高频滤波电容 每个IC并接一个0.01～O.1µF的高频滤波电容 IC并接一个0.01
抑制干扰源常用的方法
PCB板的正确布线 (5) PCB板的正确布线
切断干扰传播路径
(5)数宇地与模拟地的分离 (5)数宇地与模拟地的分离
切断干扰传播路径
(6)功率器件的放置与接地 (6)功率器件的放置与接地
大功率 电路
大功率 电路
切断干扰传播路径
(7)关键连接线的处理 (7)关键连接线的处理
在单片机I 在单片机I／o口或其它芯片输入输出端、 口或其它芯片输入输出端、 电源线、 电源线、电路板连接线等关键地方使用抗 干扰元件。如磁珠、磁环、电源滤波器、 干扰元件。如磁珠、磁环、电源滤波器、 屏蔽罩、光电隔离器等。可显著提高电路 屏蔽罩、光电隔离器等。 的抗干扰性。 的抗干扰性。
单片机控制系统的抗干扰技术
电磁干扰一般是以脉冲形式进入单片机系 统，渠道主要有三条：
• 空间干扰(场干扰)，电磁信号通过空间辐射进入 系统。 • 过程通道干扰，干扰通过与系统相连的前向通道、 后向通道及与其它系统的相互通道进入。 • 供电系统干扰，电磁信号通过供电线路进入系统。 一般情况下空间干扰在强度上远小于其它两种， 故微机系统中应重点防止过程通道与供电系统的 干扰。
提高敏感器件的抗干扰性能
(1)减小关键相邻两线回路环面积 (1)减小关键相邻两线回路环面积
提高敏感器件的抗干扰性能
(2)设置较宽大的电源线和接地线 (2)设置较宽大的电源线和接地线
布线时，电源线和地线要尽量粗，除减小压降外， 布线时，电源线和地线要尽量粗，除减小压降外， 更重要的是降低耦合噪声。 更重要的是降低耦合噪声。
• 睡眠抗干扰
• CMOS型的51系列单片机具有睡眠状态，此时只有定 CMOS型的51系列单片机具有睡眠状态， 型的51系列单片机具有睡眠状态 计数系统和中断系统处于工作状态。这时CPU CPU对 时/计数系统和中断系统处于工作状态。这时CPU对 系统三总线上出现的干扰不会作出任何反应， 系统三总线上出现的干扰不会作出任何反应，从而 大大降低系统对干扰的敏感程度。 大大降低系统对干扰的敏感程度。 • 仔细分析系统软件后发现，CPU很多情况下是在执 仔细分析系统软件后发现，CPU很多情况下是在执 行一些等待指令和循环检查程序，由于这时CPU CPU虽 行一些等待指令和循环检查程序，由于这时CPU虽 没有重要工作，但却是清醒的，很容易受干扰。 没有重要工作，但却是清醒的，很容易受干扰。让 CPU在没有正常工作时休眠，必要时再由中断系统 CPU在没有正常工作时休眠， 在没有正常工作时休眠 来唤醒它，之后又处于休眠。采用这种安排之后， 来唤醒它，之后又处于休眠。采用这种安排之后， 大多数CPU可以有50 95%的时间用于睡眠 CPU可以有50～ 的时间用于睡眠， 大多数CPU可以有50～95%的时间用于睡眠，从而 CPU受到随机干扰的威胁大大降低 受到随机干扰的威胁大大降低， 使CPU受到随机干扰的威胁大大降低，同时降低了 CPU的功耗 的功耗。 CPU的功耗。
(3)闲置管脚的处理方法 (3)闲置管脚的处理方法
对于单片机的闲置管脚，不要悬空。可根据电气 对于单片机的闲置管脚，不要悬空。 性能要求接地或接电源。其它IC IC的闲置端在不改 性能要求接地或接电源。其它IC的闲置端在不改 变系统逻辑的情况下接地或接电源。 变系统逻辑的情况下接地或接电源。
（4）使用电源看门狗电路
对单片机等重要芯片要使用电源监控及看门狗电 对于一般芯片可接入去耦电容， 路，对于一般芯片可接入去耦电容，可大幅度提 高整个电路的抗干扰性能。 高整个电路的抗干扰性能。
提高敏感器件的抗干扰性能
（5）尽量使用速度较低的芯片
在能满足电路性能要求的前提下， 在能满足电路性能要求的前提下，尽量降低单片 机的晶振频率和选用低速数字电路。 机的晶振频率和选用低速数字电路。
电路干扰设计措施
大学生创新培训讲座 杨忠孝主讲
电路产生电磁干扰的要素
• 干扰源 • 干扰途径 • 对电磁干扰敏感的电路
电子电路抗干扰设计的依据
• 抑制干扰源 • 切断干扰途径 • 保护敏感器件
抑制干扰源常用的方法
(1)消除线圈反向电动势的方法 (1)消除线圈反向电动势的方法
抑制干扰源常用的方法
(3)晶振的正确安装 (3)晶振的正确安装
切断干扰传播路径
(4)电路板的合理分区 (4)电路板的合理分区
设计PCB板时分区要合理，如强、弱信号， 设计PCB板时分区要合理，如强、弱信号，数 PCB板时分区要合理 模拟信号要分开。尽可能把干扰源(如电机、 字、模拟信号要分开。尽可能把干扰源(如电机、 继电器等)与敏感器件(如单片机等芯片)远离。 继电器等)与敏感器件(如单片机等芯片)远离。
• 指令冗余
• 在双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令，可保 在双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令， NOP指令 护其后的指令不被拆散。或者说， 护其后的指令不被拆散。或者说，某指令前如果插入 两条NOP指令， NOP指令 两条NOP指令，则这条指令就不会被前面冲下来的失 控程序拆散，并将被完整执行，从而使程序走上正轨。 控程序拆散，并将被完整执行，从而使程序走上正轨。 但不能加入太多的冗余指令， 但不能加入太多的冗余指令，以免明显降低程序正常 运行的效率。因此， 运行的效率。因此，常在一些对程序流向起决定作用 的指令之前插入两条NOP指令， NOP指令 的指令之前插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅 速纳入正确的控制轨道。此类指令有：RET、RETI、 速纳入正确的控制轨道。此类指令有：RET、RETI、 LCALL、SJMP、JZ、CJNE等 LCALL、SJMP、JZ、CJNE等。在某些对系统工作状态 至关重要的指令( EA之类 前也可插人两条NOP 之类) 至关重要的指令(如SETB EA之类)前也可插人两条NOP 指令，以保证被正确执行。上述关键指令中，RET和 指令，以保证被正确执行。上述关键指令中，RET和 RETI本身即为单字节指令 本身即为单字节指令， RETI本身即为单字节指令，可以直接用其本身来代替 NOP指令 但有可能增加潜在危险，不如NOP 指令， NOP指令安 NOP指令，但有可能增加潜在危险，不如NOP指令安 全。
• 人工复位
• 对于失控的CPU，最简单的方法是使其复位，程序自 对于失控的CPU，最简单的方法是使其复位， CPU 动从0000H开始执行。为此只要在单片机的RESET 0000H开始执行 RESET端 动从0000H开始执行。为此只要在单片机的RESET端 加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可。 10ms以上即可 加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可。
切断干扰传播路径
(2)与噪声源隔离的方法 (2)与噪声源隔离的方法
L1=1.3µH左右（为磁珠电感器）。也可用 L1=1.3µH左右（为磁珠电感器）。也可用 左右 ）。 1OOΩ左右的电阻代替 C1=C2=1000pF左右 左右的电阻代替。 1OOΩ左右的电阻代替。C1=C2=1000pF左右
切断干扰传播路径