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综合电子系统设计－电子系统的抗干扰设计电子系统的抗干扰电磁兼容性概述设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰能力。设备要在电磁环境中正常工作，设备对于电磁环境中的电磁干扰要有一定的抵御能力，而不会导致失效；设备本身在工作中对环境产生的电磁骚扰不应超出一定量值，不对该环境中的其他设备产生不能承受的干扰；无论是设备对干扰的承受能力，还是设备对环境所产生的骚扰，都可以通过测量手段进行测量。研究电磁兼容的目的研究和解决的问题是电气、电子设备及系统以及人类或动植物在一个共同的电磁环境中的安全共存问题充分研究干扰侵入的途径与产生干扰的因素消除、抑制电磁干扰到能够够容忍的水平减小系统自身产生的辐射干扰电子系统的抗干扰电磁干扰来源电气、电子设备之间的相互干扰括自然界电磁干扰（宇宙干扰、天电干扰、雷电干扰等）对电气、电子设备、人或动植物的电磁影响或电磁效应。电磁干扰的传输途径传导辐射电子系统的抗干扰电磁干扰的三个基本要素电磁干扰源（或发射机）干扰体（或接受器）传输通道（耦合机制）提高系统电磁兼容性的着眼点电源屏蔽，接地布线，信号去耦软件抗干扰措施电子系统的抗干扰常见的电磁干扰源传导干扰辐射干扰源高压电气设备的操作宇宙电磁辐射低压交直流回路内电气设备的操作，变频设备闪电和雷电的磁场大气中的无线电辐射系统内故障所产生的瞬变过程大气中的电流电场核电磁脉冲辐射接地地线回路产生的公共电路耦合干扰电力线路绝缘子局部放电产生的脉冲旋转电机产生的传导干扰电压荧光灯辐射源电力线路传导的行谐波和雷电波人体静电放电干扰电能质量差所产生的传导干扰周围截至的非线性效应系统的静态功率设备机动车干扰源电子系统的抗干扰电磁兼容技术的设计方法电磁兼容技术的设计的考虑点：原理的可行性元器件的选择加工生产工艺安装运行环境把握不同类型电磁干扰的本质不同的干扰频率、频谱采用相应的滤波、隔离、接地、屏蔽等不同措施。电子系统的抗干扰滤波利用滤波器来抑制电磁干扰的滤波器是由集中参数的电阻、电容和电感构成的网络网络只允许有用信号的频率分量通过，同时阻止其他干扰频率分量通过滤波器是防止传导电磁干扰的主要措施，同时也是解决辐射干扰的重要武器滤波器工作方式有两种：不让无用信号通过，并把它们反射回信号源；另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉电子系统的抗干扰隔离干扰线路周围存在干扰电磁场，其他线路在其附近由于电磁耦合而形成干扰防止这种干扰最简单而有效的方法是将干扰线路与其它线路隔离开来隔离的原则和方法是：干扰线路和其他线路不要平行排列，导线间距L与导线直径D之比应不小于40敏感线路与一般线路如平行排列，其间距应大于50mm；电子系统的抗干扰电源馈线与信号线应予隔离，当他们平行排列时，其间距应大于50mm；高频导线是对其他线路干扰最大的线路，一般都要屏蔽；脉冲功率较大的线路，应按干扰线路对待。电平较低，功率很低的数字电路可按一般线路处理。电子系统的抗干扰接地接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的低电阻的通路使设备本身所流过的干扰电流经过接地线流入大地，减少干扰源所传播和发布的能量防止电磁干扰，消除公共电路阻抗的耦合也是为了保障人身和设备的安全电子系统的抗干扰基本接地技术有浮地浮地常用于电路或设备工作状态不能与公共地或大地相连接，起到隔离变压器的作用单点接地单点接地是所有需要接地的引线全部接到一个点，再由这个点直接与地相连接，用于抑制频率在100KHz以下上的干扰信号电子系统的抗干扰多点接地多点接地是指系统或设备中所需接地的引线直接接到离它们最近的地上。用于抑制频率在10MHz以上的干扰信号；混合接地混合接地是在复杂情况下，设备或单元电路的接地难以通过一个简单的接地形式来解决而采取的混合形式，用于干扰信号频率在1MHz至10MHz的情况。电子系统的抗干扰屏蔽屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、屏、板等将电磁能限制在一定空间范围内，使场的能量从屏蔽体的一面传到另一面时，受到很大衰减而防止电磁干扰的措施。电屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽电子系统的抗干扰电源的抗干扰控系统的整机故障有1/3～1/2来自于电源。电源干扰源：雷电冲击、大容量感性负载切合电网中的谐波高频干扰。干扰后果：造成电源瞬间欠压、过压、产生尖峰和冲击干扰雷击尖峰电压可＞10KV，峰值电流达到1～40KA，持续时间为1～8μs；电子系统的抗干扰抗干扰措施：采用宽工作电压范围（AC85～265V）有隔离作用的开关电源，提高系统抗电网电压波动能力。电源输入隔离变压器初级和次级间加入接地的金属屏蔽层，减小因雷击和瞬时过电压引起的地电位升高给测控系统造成的电源反击干扰的可能。电子系统的抗干扰信号传输线干扰的消除信号传输过程中，通过传输线引入的干扰主要是通过电磁耦合和静电耦合两种途径。变电站母线和其他大电流导线的交变电流及高压导体的电晕、放电等通过电磁场在信号系统中感应出干扰电流和干扰电压，这种传播途径称为电磁耦合。变电站高压母线及其他弱电、监控线及设备上的交变电压，通过分布电容在信号系统中产生干扰电压和干扰电流，这种传播途径称为静电耦合。电子系统的抗干扰电磁耦合对信号的影响及两端接地的外屏蔽的抗干扰作用为了提高信号的抗电磁耦合干扰能力，应尽量减小外屏蔽直流电阻和增大屏蔽的电感。屏蔽电缆抗电磁干扰的物理意义是，交变电磁场在屏蔽层和信号芯线上产生干扰信号完全耦合时，外屏蔽电流对芯线产生的干扰信号正好抵消了外界电磁场对芯线信号的干扰电子系统的抗干扰信号传输线的选择输入信号线缆模拟信号输入宜选用双绞线，或采用屏蔽双绞线电缆作为模拟信号的引入线，并应选择小节距的双绞线。当多根双绞线一起敷设时，需采用不同节距双绞线，当长距离两对双绞线作引线时，两对绞线应每隔一段距离交叉一次，这相当于增大节距，从而抑制噪声。电子系统的抗干扰印制电路板的抗干扰微机测试系统的电路中，有数字、模拟、高频、低频等各种信号，在设计电路板时，要求印刷电路板（PCB）布线应尽量减少不同部分相互间的各种耦合干扰。电路板的布线技术（环绕布线、线径选择、分层处理）电子系统的抗干扰电源线、地线的布线尽量加粗和缩短以减少环路电阻，转角圆滑，尽量不出现90度以下的折角，以线路的辐射；低频电路部分的接地采用单点并联接地方式，或部分串联后再并联接地；高频电路采用多点就近接地；在高频元件如晶振电路、A／D转换器等电路周围，尽量用复铜栅格形式地箔包围；电子系统的抗干扰信号线尽可能远离电源线。模拟输入线与数字信号线不平行并排；重要的信号线不远行绕布；电源和低频信号连接线采用小节距的双绞线。多根信号线用一扁平排线连接时，信号线间插入隔离地线。电子系统的抗干扰减小电路板中的电磁干扰尽量减少电路与电路之间、电路板与电路板之间的电磁干扰。PCB板电源线与地线尽量靠近以减小所包围的面积，减小外界磁场切割电源环路产生的电磁干扰，也减少环路对外的电磁辐射。电子系统的抗干扰减小电路中耦合干扰选择合适量值的退耦电容可消除电源干扰信号。通常选择０.1μF的瓷片电容或独石电容。电子系统的抗干扰光电隔离电路的布线要尽量降低隔离前后电路的耦合系数：光电隔离电路中的器件不得交叉布置，即隔离前的器件置于隔离器件的一侧，隔离后的器件置于隔离器件的另一侧；属于隔离电路前后的布线不能交叠，必须分别置于隔离器件的（即使是在电路板的不同布线层面）；隔离器件前后的走线，尽量不平行。电子系统的抗干扰采用多层电路板采用多层电路板主要有这样几方面的优点多层板电路的几何尺寸不断缩小，可以大大地降低系统各连线之间的分布参数影响脉动电流将在电源线和地线上产生脉动的电压降落，影响器件工作的稳定性。多层电路板中设电源层，增加电源线的线宽，降低线路电阻，减少因脉动电流造成电源的脉动。在多层电路板中增设屏蔽层面，一方面进一步屏蔽外界的电磁干扰，另一方面可以吸收内部电路的辐射，降低内部电路间的干扰。电子系统的抗干扰表面贴片技术焊接技术把裸芯片粘贴到印制电路板表面，电路体积小，电磁兼容的性能大为提高。电子系统的抗干扰系统的屏蔽技术使用厚度≥0.7mm的镀锌铁板进行电路板之间、电路板与电源之间以及和测量电路与控制电路之间的屏蔽。铁板与电路板的地应绝缘，各屏蔽铁板应采用导电性能高的镀银导线与机壳地连接。电子系统的抗干扰防止系统应干扰而死机的程序设计“死机”：CPU中程序计数器或地址寄存器中的数据发生“错乱”，造成所谓的程序“跑飞”、系统“死循环”或“停机”有效的防“死机”的方法是设计完善的系统“死机”唤醒电路－“看门狗”电路是否能够充分发挥“看门狗”电路的作用，关键在于程序设计。电子系统的抗干扰“看门狗”系统的设计要求程序上还必须满足以下3个要求，“看门狗”电路才能正常工作：CPU正常执行程序期间，定时给“看门狗”电路发送重触发脉冲使其清除；一旦因干扰使ＣＰＵ程序“跑飞”，“看门狗”电路不应再收到定时触发脉冲；“看门狗”电路在发生溢出或翻转时，需输出一个宽度足以引起ＣＰＵ重新复位或产生不可屏蔽中断的脉冲信号电子系统的抗干扰避免“看门狗”非正常失效的软件技术非正常失效的根本原因在于，程序“跑飞”后，“看门狗”电路仍不断接收到不应再有的定时“触发”信号脉冲。采取以下措施非常有效，且有广泛的适用性。在各中断服务子程序中都不应加“触发”指令。避免在局部循环圈内加“触发”指令，程序“跑飞”后，非正常进入该循环圈电子系统的抗干扰消除“看门狗”电路非正常“触发”的隐患。抓住关键代码，用查找的办法以一条或几条新的指令代替可能会引起“复位”的指令。监控程序的数据表格、字符表格中若有该字符机器码的，可用一个数据表格中不可能出现的字符代替，在程序读入此应用字符时，当作该代码处理即可。设计对程序部分“跑飞”的状态判断。电子系统的抗干扰程序的容错性设计容错软件能大幅度地提高测控系统的可靠性和稳定性。容错设计可使测控系统即使受干扰发生程序执行方面的错乱也不致系统停运或执行错误的工作。电子系统的抗干扰指令的冗余指令间加入空操作指令，不用地址的内容全用NOP空操作指令填充，在程序块中，每隔若干条指令也插入两句NOP指令，使后面的指令不易出现“胡拼乱凑”的情况对于一些重要的操作，部分在一段时间内重复操作几次，以确保操作被执行。电子系统的抗干扰对开关量输入信号进行数字滤波在测试系统中其着至关重要的作用，软件上对输入的开关量进行一些简单的数字滤波。重复检测法。每隔一定时间间隔采样一次，数次采样中输入的状态均相同，则确认输入。宽度判别法。干扰信号都是较窄的脉冲。采集到信号后，连续N采样次；若这N次信号均有效，则认为信号有效。若这N次信号中存在无效信号，则认采集中存在干扰。电子系统的抗干扰“三取二”表决法。对于一些重要的信号状态，此三个完全独立的渠道获得其状态，在三个状态中取其中两个相同的状态作为最终的输入状态。3路正确率分别为P1、P2、P3，“三取二”表决法后获得正确信号的概率为：P＝P1P2＋P2P3＋P3P1正确率均大于0.577，则P＝3×0.57721。电子系统的抗干扰输出状态、参数的重复确认为输出接口开僻输出映像区，反复将输出映像区中的内容输出到输出接口通道。对于可编程的IO接口，其控制寄存器的状态也应该被经常初始化。电子系统的抗干扰软件陷阱的设置程序块、数据块、应尽量分散于不同的空间地址，可减少成片数据改写错误在ROM空闲的地址里写入操作空操作（NOP）指令，最后再写入长转移指令LJMPERROR。电子系统的抗干扰系统数据的安全性重要的数据尽量多开辟存储块，设在RAM的不同地方作备份比较，减少因RAM受干扰数据改写造成的错误；数据量大、重要的应用系统采用外接RAM存储器，其数据比存放于内部RAM安全；要求掉电保护的数据可制成表格固化于EEPROM中（如线性度计