电路噪声和抗干扰措施

1、湖南长沙工学院库整理2021/8/61 电子系统或电子设备性能很大程度上与噪声和电子系统或电子设备性能很大程度上与噪声和干扰有关，电子电路处理电信号的灵敏度与噪声有干扰有关，电子电路处理电信号的灵敏度与噪声有关。噪声对有用信号的处理产生了干扰关。噪声对有用信号的处理产生了干扰, , 特别是当特别是当有用信号较弱时有用信号较弱时, , 噪声的影响就更为突出噪声的影响就更为突出, , 严重时严重时会使信号淹没在噪声之中而无法处理。会使信号淹没在噪声之中而无法处理。 电子电路的噪声和干扰电子电路的噪声和干扰一、研究噪声和干扰的必要性一、研究噪声和干扰的必要性湖南长沙工学院库整理2021/8/62 设

2、计人员经常遇到的情况：硬件部分设计出来以设计人员经常遇到的情况：硬件部分设计出来以后，却发现电路中的噪声太大，不得不进行重新设计后，却发现电路中的噪声太大，不得不进行重新设计和布线。和布线。 电子电路的噪声问题更多地依赖于经验去解决电子电路的噪声问题更多地依赖于经验去解决, , 而不是根据规范的方法和严格的科学计算。但是，而不是根据规范的方法和严格的科学计算。但是，避免噪声还是存在一定的设计准则去遵循，并在电避免噪声还是存在一定的设计准则去遵循，并在电路设计开始时，就应该认真考虑与噪声相关的问题。路设计开始时，就应该认真考虑与噪声相关的问题。一、研究噪声和干扰的必要性一、研究噪声和干扰的必要性

3、电子系统的噪声和干扰电子系统的噪声和干扰湖南长沙工学院库整理2021/8/63 噪声与干扰没有本质区别，习惯上从器件外部窜扰进来的噪声与干扰没有本质区别，习惯上从器件外部窜扰进来的, 称为称为外部噪声（外部噪声（干扰），从器件内部产生的干扰），从器件内部产生的, 称为称为内部噪声内部噪声。 PCB调试时频繁遇到噪声称为：调试时频繁遇到噪声称为： 器件噪声、辐射噪声和传导噪声器件噪声、辐射噪声和传导噪声。干扰源干扰源：自然干扰：自然干扰：天电干扰、宇宙干扰、大地干扰天电干扰、宇宙干扰、大地干扰工业干扰工业干扰：广播电视、无线基站、工业设备：广播电视、无线基站、工业设备一、研究噪声和干扰的必要性一

4、、研究噪声和干扰的必要性电源、器件之间、电源、器件之间、PCB走线之间的串扰等走线之间的串扰等（EMI）现场干扰：现场干扰：个人手机、笔记本、测试仪等个人手机、笔记本、测试仪等电子系统的噪声和干扰电子系统的噪声和干扰湖南长沙工学院库整理2021/8/64二、电子电路二、电子电路PCB设计时遇到的噪声种类设计时遇到的噪声种类三种噪声源三种噪声源：器件噪声、辐射噪声和传导噪声器件噪声、辐射噪声和传导噪声 （一）器件噪声（一）器件噪声 电阻热噪声（电阻热噪声（Thermal Noise） 电感噪声电感噪声 晶体管噪声晶体管噪声 场效应管噪声场效应管噪声 闪烁噪声（闪烁噪声（1/f 噪声）噪声） 散粒

5、噪声（散粒噪声（Shot Noise） 爆米花噪声爆米花噪声(popcorn frequency) 放大器噪声等放大器噪声等湖南长沙工学院库整理2021/8/65 电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下受到热激发电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下受到热激发后，在导体内部作无规则的运动（热骚动）而相互碰撞，两次后，在导体内部作无规则的运动（热骚动）而相互碰撞，两次碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。许多这碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。许多这样的随机热骚动的电子所产生的这种脉冲电流的组合，就在电样的随机热骚动的电子所产生的这种脉冲电流的组合，就在电阻内部形成了

6、无规律的电流。在一足够长的时间内，其电流平阻内部形成了无规律的电流。在一足够长的时间内，其电流平均值等于零，而瞬时值就在平均值的上下变动，称为起伏电流。均值等于零，而瞬时值就在平均值的上下变动，称为起伏电流。温度越高温度越高, 运动越剧烈。只有当温度下降到绝对零度时运动越剧烈。只有当温度下降到绝对零度时, 运动才运动才会停止。自由电子这种热运动在导体内形成非常微弱的电流会停止。自由电子这种热运动在导体内形成非常微弱的电流, 起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。（1 1）电阻热噪声（）电阻热噪声（Thermal NoiseT

7、hermal Noise）湖南长沙工学院库整理2021/8/66起伏电流流经电阻起伏电流流经电阻 R时，电阻两端就会产生噪声电压时，电阻两端就会产生噪声电压 n和噪声功率。常以和噪声功率。常以 ( )VSf表示噪声的电压功率谱密度，表示噪声的电压功率谱密度， ( )ISf表示噪声的电流功率谱密度。表示噪声的电流功率谱密度。 理论和实践证明，当温度为理论和实践证明，当温度为T（K）时，阻值为）时，阻值为R的电阻所的电阻所产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别为产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别为 ( ) 4VS fkTR1( ) 44IS fkTkTGR湖南长沙工学院库整

8、理2021/8/67 在频带宽度在频带宽度B内产生的热噪声电压均方值和电流的均方内产生的热噪声电压均方值和电流的均方值分别为值分别为 24nkTRB24nikTGBk以上各式中，以上各式中， 为玻耳兹曼常数（为玻耳兹曼常数（Soltzmann Constant）=1.38 2310JK； 为热力学温度，单位为为热力学温度，单位为 kTK。因此，噪声电压或电流的有效值为因此，噪声电压或电流的有效值为 24nkTRB24nikTGB湖南长沙工学院库整理2021/8/68 由于电阻受热影响，其起伏噪声电压的变化是不规则的由于电阻受热影响，其起伏噪声电压的变化是不规则的, 其其瞬时振幅和瞬时相位是随机

9、的瞬时振幅和瞬时相位是随机的, 所以无法计算其瞬时值。只能统所以无法计算其瞬时值。只能统计其平均值，一般用电压均方根值表示。为便于运算，把电阻计其平均值，一般用电压均方根值表示。为便于运算，把电阻R看作一个噪声电压源（或电流源）和一个理想无噪声的电阻看作一个噪声电压源（或电流源）和一个理想无噪声的电阻串联（或并联），如图所示。串联（或并联），如图所示。 湖南长沙工学院库整理2021/8/69 当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流等于各个电导所产生的

10、噪声电流的均方值相加，若有多等于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加，若有多个电阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所产生的噪声个电阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所产生的噪声电压的均方值相加。电压的均方值相加。 湖南长沙工学院库整理2021/8/610例：电阻热噪声的计算例：电阻热噪声的计算结论：电阻越大、温度越高，电阻的热噪声越大。结论：电阻越大、温度越高，电阻的热噪声越大。湖南长沙工学院库整理2021/8/611对于对于LC并联谐振电路，所产生的噪声电压均方值为并联谐振电路，所产生的噪声电压均方值为 24nekTR B式中，式中， eR为谐振电路的谐振电阻。为谐振电路的谐振电阻。 对图对图8

11、.2.5(a)所示的电路来说，损耗电阻所示的电路来说，损耗电阻r所产生的噪所产生的噪声电压均方值为声电压均方值为 24nrkTrB 在回路谐振时，折算到在回路谐振时，折算到ab两端的电压均方值为两端的电压均方值为 222222444nnreLQkTrBrLkTBkTR Br得到如图得到如图8.2.5(b)所示的等效电路。所示的等效电路。 湖南长沙工学院库整理2021/8/612 注意：注意：1、热噪声电压虽很小，但被多级放大后，特别是有用、热噪声电压虽很小，但被多级放大后，特别是有用 信号很微弱的情况下，会淹没在噪声中而无法被处理。信号很微弱的情况下，会淹没在噪声中而无法被处理。2、理想电抗元

12、件是不会产生噪声的、理想电抗元件是不会产生噪声的, 但实际电抗元件但实际电抗元件 是有损耗电阻的是有损耗电阻的, 这些损耗电阻会产生噪声。对于这些损耗电阻会产生噪声。对于 实际电感的损耗电阻一般不能忽略实际电感的损耗电阻一般不能忽略, 而对于实际电而对于实际电 容的损耗电阻一般可以忽略。容的损耗电阻一般可以忽略。湖南长沙工学院库整理2021/8/613 闪烁噪声（闪烁噪声（1/f 1/f 噪声）噪声） 由于半导体晶体表面不断产生或整合载流子而产由于半导体晶体表面不断产生或整合载流子而产生的噪声。闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器生的噪声。闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器及半导体会造成干扰

13、，而双极芯片所受的干扰比场效及半导体会造成干扰，而双极芯片所受的干扰比场效应晶体管大。其功率频谱密度随频率降低而增大。在应晶体管大。其功率频谱密度随频率降低而增大。在高频工作时高频工作时, 可以忽略闪烁噪声可以忽略闪烁噪声。湖南长沙工学院库整理2021/8/614 它是由单位时间内通过它是由单位时间内通过PN结载流子数目的随机起结载流子数目的随机起伏而造成的。这种噪声具有宽带的特性。伏而造成的。这种噪声具有宽带的特性。2IOSqIOI式中式中 为流过为流过PN结的电流，结的电流， q为电子电荷量。为电子电荷量。 由于晶体三极管的发射结正偏，所以散粒噪声主要由于晶体三极管的发射结正偏，所以散粒噪

14、声主要决定于发射极工作电流决定于发射极工作电流 eI，其噪声电流的均方值为，其噪声电流的均方值为 22eneiqI B 散粒噪声的大小与晶体管的静态工作点电流有关，散粒噪声的大小与晶体管的静态工作点电流有关，其功率谱密度为其功率谱密度为 对于双极型晶体管，散粒噪声是主要噪声源。对于双极型晶体管，散粒噪声是主要噪声源。散粒噪声（散粒噪声（Shot Noise）湖南长沙工学院库整理2021/8/615 散粒噪声是由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪散粒噪声是由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪声。对结型场效应管来说，则由通过声。对结型场效应管来说，则由通过PN结的漏电流引结的漏电流引起的噪声电流均方值

15、为起的噪声电流均方值为 22ngGiqI B式中式中 GI为栅极漏泄电流。为栅极漏泄电流。 对于场效应管来说：对于场效应管来说：散粒噪声（散粒噪声（Shot Noise）湖南长沙工学院库整理2021/8/616 爆米花噪声爆米花噪声(popcorn frequency) 半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声，半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声，其影响长达几毫秒至几秒，噪声产生的原因仍然其影响长达几毫秒至几秒，噪声产生的原因仍然未明，在正常情况下，并无一定的模式。生产半未明，在正常情况下，并无一定的模式。生产半导体时若采用较为洁净的工艺，会有助减少这类导体时若采用较为洁净的工艺，会有助减少

16、这类噪声。噪声。 )： 湖南长沙工学院库整理2021/8/617输入参照噪声总量输入参照噪声总量运放输入端等效（换算）噪声电压的计算：其中，其中， 指信源电阻；指信源电阻； 指放大器的噪声电压；指放大器的噪声电压； 指信源电阻的热噪声；指信源电阻的热噪声； 指放大器的噪声电流指放大器的噪声电流运算放大器噪声运算放大器噪声湖南长沙工学院库整理2021/8/6181、信噪比：信噪比： 四端网络某一端口处信号功率与噪声功率之比。四端网络某一端口处信号功率与噪声功率之比。 信噪比信噪比SNR(Signal to Noise Ratio)通常用分贝数表示。通常用分贝数表示。噪声功率噪声功率信号的功率信号

17、的功率某特定频某特定频: :：nsnspp(dBpp10lgS/N率率） 噪声系数的定义噪声系数的定义）ooo(dBpp10lgS/Nns输输出出信信噪噪比比：）(dBpp10lgS/Nnisii输入信噪比：输入信噪比：体会：体会：信噪比表示信号本身质量的好坏，信噪比越大，信噪比表示信号本身质量的好坏，信噪比越大， 说明信号本身的质量越好。说明信号本身的质量越好。描述放大器噪声性能的一个重要指标描述放大器噪声性能的一个重要指标湖南长沙工学院库整理2021/8/619 如果放大器内部不产生噪声如果放大器内部不产生噪声, 当输入信号与噪声通过它时当输入信号与噪声通过它时, 二二者都得到同样的放大者

18、都得到同样的放大, 那么放大器的输出信噪比与输入信噪比相等。那么放大器的输出信噪比与输入信噪比相等。而实际放大器是由晶体管和电阻等元器件组成而实际放大器是由晶体管和电阻等元器件组成,热噪声和散粒噪声热噪声和散粒噪声构成其内部噪声构成其内部噪声, 所以输出信噪比总是小于输入信噪比。所以输出信噪比总是小于输入信噪比。为了衡量为了衡量放大器噪声性能的好坏放大器噪声性能的好坏, 提出了噪声系数这一性能指标。提出了噪声系数这一性能指标。 00nsnisioifp/Pp/PN/SN/SN放大器的噪声系数放大器的噪声系数Nf(Noise Figure)定义：定义：输入信噪比与输出信噪比的比值输入信噪比与输出

19、信噪比的比值, 即即:用分贝数表示用分贝数表示:dB/pp/pp10lgNnosonisif湖南长沙工学院库整理2021/8/620在输出端产生的功率通过放大电路放大后：输入端噪声功率：输出端的噪声总功率放大电路的功率增益，ninOnsisPnOnPninnsnisioifpppPPAppApppPpPNSNSN10010000:/分析：分析：1.噪声系数表示信号通过该网络信号质量变坏的程度。噪声系数噪声系数表示信号通过该网络信号质量变坏的程度。噪声系数 越大说明，信号通过该网络后信号质量变坏的程度越大。越大说明，信号通过该网络后信号质量变坏的程度越大。2.噪声系数噪声系数NF只与输出端总的噪

20、声功率只与输出端总的噪声功率Pno和放大电路输入端噪和放大电路输入端噪 声功率经放大后在输出端所产生的噪声功率声功率经放大后在输出端所产生的噪声功率Pno1有关，而与输有关，而与输 入信号大小无关。入信号大小无关。湖南长沙工学院库整理2021/8/621结论：结论： 实际实际Nf1。理想情况下。理想情况下Pno2=0，才可能使，才可能使Nf=1。 其值越接近于其值越接近于, 则表示该放大器的内部噪声则表示该放大器的内部噪声 越小。放大器的噪声性能越好。越小。放大器的噪声性能越好。噪声系数的表示噪声系数的表示no1no2Pnino2Pnino2PniPnino2no1PninofpP1ApP1A

21、pPApApPPAppN AP : 放大电路的功率增益放大电路的功率增益Pn01 ：输入端的噪声功率：输入端的噪声功率Pni经放大电路放大后在输出端的噪声经放大电路放大后在输出端的噪声功率功率Pn02 ：放大电路自身产生的噪声在输出端的功率：放大电路自身产生的噪声在输出端的功率湖南长沙工学院库整理2021/8/622（二）辐射噪声（二）辐射噪声 不接触感染噪声。模拟电路工作需要电源、地线、输入和输不接触感染噪声。模拟电路工作需要电源、地线、输入和输出引线，这些引线可将外界干扰引入模拟电路。而电磁辐射信号出引线，这些引线可将外界干扰引入模拟电路。而电磁辐射信号直接作用到模拟电路上，使模拟电路受到

22、干扰。例如，电路板上直接作用到模拟电路上，使模拟电路受到干扰。例如，电路板上单片机的晶体振荡器，就是一个电磁辐射源，可以干扰模拟电路单片机的晶体振荡器，就是一个电磁辐射源，可以干扰模拟电路的工作。的工作。 随着信号频率的提高，随着信号频率的提高，PCB上相邻信号线间的串扰将成正比上相邻信号线间的串扰将成正比地增加，并且信号线上的反射将会相应增加。如果频率更高一些，地增加，并且信号线上的反射将会相应增加。如果频率更高一些，对布线的长度就有更严格的限制，根据分布参数的网络理论，高对布线的长度就有更严格的限制，根据分布参数的网络理论，高速电路与其连线间的相互作用是决定性因素，在系统设计时不能速电路与

23、其连线间的相互作用是决定性因素，在系统设计时不能忽略。忽略。三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类湖南长沙工学院库整理2021/8/623 通常高速电路的功耗和热耗散也都很大，在做高速通常高速电路的功耗和热耗散也都很大，在做高速PCB时应时应引起足够的重视。引起足够的重视。 当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时，对当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时，对这些信号线就需要特别的关照，小信号由于太微弱，非常容易受这些信号线就需要特别的关照，小信号由于太微弱，非常容易受到其它强信号的干扰，屏蔽措施常常是必要的，否则将大大降低到其它强信号的干扰，屏蔽措施常常是必要的，否则将大

24、大降低信噪比。以致于有用信号被噪声淹没，不能有效地提取出来。信噪比。以致于有用信号被噪声淹没，不能有效地提取出来。三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类（二）辐射噪声（二）辐射噪声湖南长沙工学院库整理2021/8/624 对对PCB板子的预留调测点（测试点）也要在设计阶段加以考板子的预留调测点（测试点）也要在设计阶段加以考虑，测试点的物理位置，测试点的隔离等因素不可忽略，因为有虑，测试点的物理位置，测试点的隔离等因素不可忽略，因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。 此外此外还要考虑其他一些相关因素

25、，如采用元器件的封装外形，板子的还要考虑其他一些相关因素，如采用元器件的封装外形，板子的机械强度等。在做机械强度等。在做PCB板子前，要做出对该设计的设计目标心中板子前，要做出对该设计的设计目标心中有数。有数。三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类（二）辐射噪声（二）辐射噪声湖南长沙工学院库整理2021/8/625三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类（二）辐射噪声（二）辐射噪声湖南长沙工学院库整理2021/8/626（三）传导噪声（三）传导噪声 由传输线物理连接接触传染的噪声。如由传输线物理连接接触传染的噪声。如PCB上的传导线可能上的传导

26、线可能会有会有50赫兹的工频噪声，如效率高的开关电源却是一个高频噪声赫兹的工频噪声，如效率高的开关电源却是一个高频噪声源。传导噪声的根源最终还是来源于器件噪声和辐射噪声，器件源。传导噪声的根源最终还是来源于器件噪声和辐射噪声，器件噪声和辐射噪声最后都体现在传导噪声上。如模拟地和数字地的噪声和辐射噪声最后都体现在传导噪声上。如模拟地和数字地的连接共地噪声。连接共地噪声。三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类湖南长沙工学院库整理2021/8/627（三）传导噪声（三）传导噪声三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类湖南长沙工学院库整理2021/8/

27、628三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类湖南长沙工学院库整理2021/8/629（三）传导噪声（三）传导噪声三、电路板设计时应考虑的噪声种类三、电路板设计时应考虑的噪声种类湖南长沙工学院库整理2021/8/630四、电子电路抗干扰设计的依据四、电子电路抗干扰设计的依据湖南长沙工学院库整理2021/8/631抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (1)(1)消除线圈反向电动势的方法消除线圈反向电动势的方法 减减少少辐辐射射和和传传导导噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/632抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (2)(2)消除接点火花的方法消除接点火

28、花的方法 减减少少辐辐射射噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/633抑制干扰源常用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减小电机电磁噪声的方法 LI=L2=100H、C1=C2=4700pF、C30.01F左左右右C1、C2接电机外壳。注意电容、电感的引线要尽接电机外壳。注意电容、电感的引线要尽量短。量短。 减减少少辐辐射射噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/634抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (4)减小高频噪声对减小高频噪声对IC干扰的方法干扰的方法每个每个IC并接一个并接一个0.01O.1F的高频滤波电容的高频滤波电容 消消除除传传导导噪噪声声湖南长

29、沙工学院库整理2021/8/635抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (5) PCB板的正确布线板的正确布线 减减少少辐辐射射噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/636抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (6)消除可控硅干扰的方法消除可控硅干扰的方法 一般一般C1=0.01 F、R1=100300左右。左右。减减少少辐辐射射噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/637切断干扰传播路径切断干扰传播路径 按干扰传播路径按干扰传播路径可分为传导干扰可分为传导干扰和辐射干扰两类和辐射干扰两类 (1)消除电源噪声消除电源噪声的方法的方法 湖南长沙工学院库整理2021/8/638切断

30、干扰传播路径切断干扰传播路径 (2)与噪声源隔离的方法与噪声源隔离的方法 L1=1.3H左右（为磁珠电感器）。也可用左右（为磁珠电感器）。也可用1OO左左右的电阻代替。右的电阻代替。C1=C2=1000pF左右左右 切切断断噪噪声声传传递递路路径径湖南长沙工学院库整理2021/8/639切断干扰传播路径切断干扰传播路径 切切断断辐辐射射噪噪声声传传递递路路径径湖南长沙工学院库整理2021/8/640 （4）设计）设计PCB板时分区要合理，如强、弱信号，高（频）、板时分区要合理，如强、弱信号，高（频）、低（频）信号，数字、模拟信号要分开。尽可能把干扰源低（频）信号，数字、模拟信号要分开。尽可能把

31、干扰源(如电如电机、继电器等机、继电器等)与敏感器件与敏感器件(如运放、单片机等芯片如运放、单片机等芯片)远离。远离。切断干扰传播路径切断干扰传播路径 湖南长沙工学院库整理2021/8/641切断干扰传播路径切断干扰传播路径 减减少少传传导导噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/642切断干扰传播路径切断干扰传播路径 (5) (5) 数宇地与模拟地的分离数宇地与模拟地的分离 减减少少传传导导噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/643切断干扰传播路径切断干扰传播路径 (6)功率器件的放置与接地功率器件的放置与接地 大功率大功率电路电路大功率大功率电路电路减少传导噪声减少传导噪声湖南长沙

32、工学院库整理2021/8/644切断干扰传播路径切断干扰传播路径 (7)关键连接线的处理关键连接线的处理 在单片机在单片机IO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、电路板连接线等关键地方使用抗干电源线、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、屏蔽扰元件。如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩、光电隔离器等。可显著提高电路的抗干罩、光电隔离器等。可显著提高电路的抗干扰性。扰性。湖南长沙工学院库整理2021/8/645 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 减减少少辐辐射射噪噪声声湖南长沙工学院库整理2021/8/646(1)PCB走线90

33、拐弯时要圆滑 湖南长沙工学院库整理2021/8/647 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 (2) 闲置管脚的处理方法闲置管脚的处理方法 对于单片机的闲置管脚，不要悬空。可根据电气性能对于单片机的闲置管脚，不要悬空。可根据电气性能要求接地或接电源。其它要求接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。辑的情况下接地或接电源。 闲置闲置运放的引脚怎么连接呢？运放的引脚怎么连接呢？湖南长沙工学院库整理2021/8/648 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 湖南长沙工学院库整理2021/8/649 提高敏感器件的抗干扰性能提高

34、敏感器件的抗干扰性能 湖南长沙工学院库整理2021/8/650 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 湖南长沙工学院库整理2021/8/651 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 (3)设置较宽的电源线和接地线设置较宽的电源线和接地线 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。外，更重要的是降低耦合噪声。（4）使用电源看门狗电路）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对单片机等重要芯片要使用电源监控及看门狗电路，对于一般芯片可接入去耦电容，可大幅电路，对于一般芯片可接入去耦电容，可

35、大幅度提高整个电路的抗干扰性能。度提高整个电路的抗干扰性能。 湖南长沙工学院库整理2021/8/652 提高敏感器件的抗干扰性能 （5）尽量使用速度较低的芯片）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，尽量降低单片机的晶振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。频率和选用低速数字电路。（6）IC器件尽量直接焊接在电路板上，少用器件尽量直接焊接在电路板上，少用lC插插座，增加芯片的抗干扰性能座，增加芯片的抗干扰性能湖南长沙工学院库整理2021/8/653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，渠道主要电磁干扰一般是以脉冲形式

36、进入单片机系统，渠道主要有三条：有三条：v空间干扰空间干扰(场干扰场干扰)，电磁信号通过空间辐射进入系统。，电磁信号通过空间辐射进入系统。v过程通道干扰，干扰通过与系统相连的前向通道、后过程通道干扰，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。向通道及与其它系统的相互通道进入。v供电系统干扰，电磁信号通过供电线路进入系统。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。微机系统中应重点防止过程通道与供电系统的干扰。湖南长沙工学院库整理2021

37、/8/654硬件措施硬件措施l光电隔离光电隔离l过压保护电路过压保护电路l抗干扰电源抗干扰电源l配置去耦电容配置去耦电容l良好接地良好接地主要从系统硬件、软件和主要从系统硬件、软件和CPU上采取的上采取的湖南长沙工学院库整理2021/8/655v软件措施软件措施l单片机在输出信号时，外部干扰有可能使信号出错。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，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，而当锁存线上出现干扰时

38、，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一电路板上，使传输线上传送的是已经锁存好的控制信号。制信号。l在软件上，最有效的方法就是重复输出同一个信号，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的输出信号又来到，就可以及时防止错误动作的产生。生。湖南长沙工学院库整

39、理2021/8/656vCPU抗干扰措施抗干扰措施l前面几项抗干扰措施是针对前面几项抗干扰措施是针对I/O通道，干扰还通道，干扰还未作用到单片机本身，这时单片机还能正确无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，当干扰作用到单片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），单片机将不机本身时（通过干扰三总线等），单片机将不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。如何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，如何拦截失去控制的程发现单片机受到干扰，如何拦截失去控制的程序流向，如何使系统的损失减小，如何恢复系序流向，如何使系统的损失减小，

40、如何恢复系统的正常运行，这些就是统的正常运行，这些就是CPU抗干扰需要解决抗干扰需要解决的问题。的问题。湖南长沙工学院库整理2021/8/657v人工复位人工复位l对于失控的对于失控的CPU，最简单的方法是使其复位，程序自，最简单的方法是使其复位，程序自动从动从0000H开始执行。为此只要在单片机的开始执行。为此只要在单片机的RESET端端加上一个高电平信号，并持续加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可。以上即可。v掉电保护掉电保护l电网瞬间断电或电压突然下降将使微机系统陷入混乱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

41、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。掉电信号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，使系统及时对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，首先进行现场掉电作出反应。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，恢复现场，继续未完成的工作。湖南长沙工学院库整理20

42、21/8/658v睡眠抗干扰睡眠抗干扰lCMOS型的型的51系列单片机具有睡眠状态，此时只有系列单片机具有睡眠状态，此时只有定时定时/计数系统和中断系统处于工作状态。这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，从对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。而大大降低系统对干扰的敏感程度。l仔细分析系统软件后发现，仔细分析系统软件后发现，CPU很多情况下是在执很多情况下是在执行一些等待指令和循环检查程序，由于这时行一些等待指令和循环检查程序，由于这时CPU虽虽没有重要工作，但却是清醒的，很容易受干扰。让没有重要工作，但却

43、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在没有正常工作时休眠，必要时再由中断系统来唤醒它，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，大多数大多数CPU可以有可以有5095%的时间用于睡眠，从而的时间用于睡眠，从而使使CPU受到随机干扰的威胁大大降低，同时降低了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。湖南长沙工学院库整理2021/8/659v指令冗余指令冗余l当当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。这时我们首先要尽快将程序引执行，引起程序混

44、乱。这时我们首先要尽快将程序引入正轨入正轨(执行真正的指令系列执行真正的指令系列)。MCS-51系统中所有指系统中所有指令都不超过个字节，而且有很多单字节指令。当程令都不超过个字节，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。序弹飞到某一条单字节指令上时，便自动纳入正轨。当弹飞到某一双字节或三字书指令上时，有可能落到当弹飞到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，我们应多采用单其操作数上，从而继续出错。因此，我们应多采用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令（令（NOP），或将有

45、效单字节指令重复书写，这便是），或将有效单字节指令重复书写，这便是指令冗余技术。指令冗余技术。湖南长沙工学院库整理2021/8/660v指令冗余指令冗余l在双字节和三字节指令之后插入两条在双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令，可保护指令，可保护其后的指令不被拆散。或者说，某指令前如果插入两条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，则这条指令就不会被前面冲下来的失控程序指令，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。但不能拆散，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，以免明显降低程序正常运行的效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，常在一些对程序流向起决定作用的指令之前率。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插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅速