电路设计抗干扰措施ppt课件

1、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根据 抑制干扰源 切断干扰途径 维护敏感器件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 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花的方法 抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法(3)(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 LI=L2=100H、C1=C2=4700pFC1=C2=4700pF、C3C30.01F0.01F左右左右C

2、1C1、C2C2接电机外壳。接电机外壳。留意电容、电感的引线要尽量短。留意电容、电感的引线要尽量短。 抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (4) (4)减小高频噪声对减小高频噪声对ICIC干扰的方法干扰的方法每个每个ICIC并接一个并接一个0.010.01O.1FO.1F的高频滤的高频滤波电容波电容 抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (5) PCB (5) PCB板的正确布线板的正确布线 抑制干扰源常用的方法抑制干扰源常用的方法 (6) (6)消除可控硅干扰的方消除可控硅干扰的方法法 普通普通C1=0.01 FC1=0.01 F、R1=100300R1=100300左右。左右。切

3、断干扰传播途径切断干扰传播途径 按干扰传播途按干扰传播途径可分为传导径可分为传导干扰和辐射干干扰和辐射干扰两类扰两类 (1)(1)消除电源噪消除电源噪声的方法声的方法 切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (2)(2)与噪声源隔离的方法与噪声源隔离的方法 L1=1.3H L1=1.3H左右为磁珠电感器。也可左右为磁珠电感器。也可用用1OO1OO左右的电阻替代。左右的电阻替代。C1=C2=1000pFC1=C2=1000pF左右左右 切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (3)(3)晶振的正确安装晶振的正确安装切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (4)(4)电路板的合理分区电路板的合理分区 设计设计PCB

4、PCB板时分区要合理，如强、弱信板时分区要合理，如强、弱信号，数字、模拟信号要分开。尽能够把号，数字、模拟信号要分开。尽能够把干扰源干扰源( (如电机、继电器等如电机、继电器等) )与敏感器件与敏感器件( (如单片机等芯片如单片机等芯片) )远离。远离。 切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (5)(5)数宇地与模拟地的分别数宇地与模拟地的分别 切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (6)(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切断干扰传播途径切断干扰传播途径 (7)(7)关键衔接线的处置关键衔接线的处置 在单片机在单片机I Io o口或其它芯片输入输出

5、口或其它芯片输入输出端、电源线、电路板衔接线等关键地端、电源线、电路板衔接线等关键地方运用抗干扰元件。如磁珠、磁环、方运用抗干扰元件。如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩、光电隔离器等。电源滤波器、屏蔽罩、光电隔离器等。可显著提高电路的抗干扰性。可显著提高电路的抗干扰性。提高敏感器件的抗干扰提高敏感器件的抗干扰性能性能 (1)(1)减小关键相邻两线回路环面积减小关键相邻两线回路环面积 提高敏感器件的抗干扰提高敏感器件的抗干扰性能性能 (2)(2)设置较宽大的电源线和接地线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

6、声。压降外，更重要的是降低耦合噪声。(3)(3)闲置管脚的处置方法闲置管脚的处置方法 对于单片机的闲置管脚，不要悬空。可根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。其它据电气性能要求接地或接电源。其它ICIC的的闲置端在不改动系统逻辑的情况下接地或闲置端在不改动系统逻辑的情况下接地或接电源。接电源。4 4运用电源看门狗电路运用电源看门狗电路 对单片机等重要芯片要运用电源监控及看对单片机等重要芯片要运用电源监控及看门狗电路，对于普通芯片可接入去耦电容，门狗电路，对于普通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。可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。 提高敏感器件的抗

7、干扰提高敏感器件的抗干扰性能性能 5 5尽量运用速度较低的芯片尽量运用速度较低的芯片 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。低单片机的晶振频率和选用低速数字电路。6 6ICIC器件尽量直接焊接在电路板上，少器件尽量直接焊接在电路板上，少用用lClC插座，添加芯片的抗干扰性能插座，添加芯片的抗干扰性能 设计印刷电路板时，必需求思索抗干扰问设计印刷电路板时，必需求思索抗干扰问题。即使电路原理图设计正确，而由于印题。即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刷电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不

8、利影响。靠性产生不利影响。单片机控制系统的抗干扰技术单片机控制系统的抗干扰技术电磁干扰普通是以脉冲方式进入单片机系统，渠道主要有三条：空间干扰(场干扰)，电磁信号经过空间辐射进入系统。过程通道干扰，干扰经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，电磁信号经过供电线路进入系统。 普通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。硬件措施光电隔离过压维护电路抗干扰电源配置去耦电容良好接地主要从系统硬件、软件和CPU上采取的 软件措施 单片机在输出信号时，外部干扰有能够使信号出错。如系统中单片机发出的驱动步进电机的信号经锁存器锁

9、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，而不论能否有效。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曾经锁存好的控制信号。 在软件上，最有效的方法就是反复输出同一个信号，只需反复周期尽能够短，锁存器接纳到一个被干扰的错误信号后还来不及作出有效的反响，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。 CPUCPU抗干扰措施抗干扰措施 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/OI/O通道，干通道，干扰还未作用到单片机本身，这时单片机扰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，还能正确无误地执行各

10、种抗干扰程序，当干扰作用到单片机本身时经过干扰当干扰作用到单片机本身时经过干扰三总线等，单片机将不能按正常形状三总线等，单片机将不能按正常形状执行程序，从而引起混乱。如何发现单执行程序，从而引起混乱。如何发现单片机遭到干扰，如何拦截失去控制的程片机遭到干扰，如何拦截失去控制的程序流向，如何使系统的损失减小，如何序流向，如何使系统的损失减小，如何恢复系统的正常运转，这些就是恢复系统的正常运转，这些就是CPUCPU抗干抗干扰需求处理的问题。扰需求处理的问题。 人工复位人工复位 对于失控的对于失控的CPUCPU，最简单的方法是使其复位，程，最简单的方法是使其复位，程序自动从序自动从0000H0000

11、H开场执行。为此只需在单片机的开场执行。为此只需在单片机的RESETRESET端加上一个高电平信号，并继续端加上一个高电平信号，并继续10ms10ms以上以上即可。即可。 掉电维护掉电维护 电网瞬延续电或电压忽然下降将使微机系统堕入电网瞬延续电或电压忽然下降将使微机系统堕入混乱形状，电网电压恢复正常后，微机系统难以混乱形状，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恢复正常。对付这一类事故的有效方法就是掉电维护。掉电信号由硬件电路检测到，加到单片机维护。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。软件中断将掉电中断规定为的外部中断输入端。软件中断将掉电

12、中断规定为高级中断，使系统及时对掉电作出反响。在掉电高级中断，使系统及时对掉电作出反响。在掉电中断子程序中，首先进展现场维护，保管当时重中断子程序中，首先进展现场维护，保管当时重要的形状参数，当电源恢复正常时，要的形状参数，当电源恢复正常时，CPUCPU重新复重新复位，恢复现场，继续未完成的任务。位，恢复现场，继续未完成的任务。 睡眠抗干扰睡眠抗干扰 CMOSCMOS型的型的5151系列单片机具有睡眠形状，此时系列单片机具有睡眠形状，此时只需定时只需定时/ /计数系统和中断系统处于任务形状。计数系统和中断系统处于任务形状。这时这时CPUCPU对系统三总线上出现的干扰不会作出对系统三总线上出现的

13、干扰不会作出任何反响，从而大大降低系统对干扰的敏感程任何反响，从而大大降低系统对干扰的敏感程度。度。 仔细分析系统软件后发现，仔细分析系统软件后发现，CPUCPU很多情况下是很多情况下是在执行一些等待指令和循环检查程序，由于这在执行一些等待指令和循环检查程序，由于这时时CPUCPU虽没有重要任务，但却是清醒的，很容虽没有重要任务，但却是清醒的，很容易受干扰。让易受干扰。让CPUCPU在没有正常任务时休眠，必在没有正常任务时休眠，必要时再由中断系统来唤醒它，之后又处于休眠。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，大多数采用这种安排之后，大多数CPUCPU可以有可以有50509

14、5%95%的时间用于睡眠，从而使的时间用于睡眠，从而使CPUCPU遭到随机干遭到随机干扰的要挟大大降低，同时降低了扰的要挟大大降低，同时降低了CPUCPU的功耗。的功耗。 指令冗余指令冗余 当当CPUCPU遭到干扰后，往往将一些操作数当遭到干扰后，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入正轨们首先要尽快将程序引入正轨( (执行真正的执行真正的指令系列指令系列) )。MCS-51MCS-51系统中一切指令都不超系统中一切指令都不超越个字节，而且有很多单字节指令。当越个字节，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

15、时，便自程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动纳入正轨。当弹飞到某一双字节或三字书指令上时，有能够落到其操作数上，从书指令上时，有能够落到其操作数上，从而继续出错。因此，我们应多采用单字节而继续出错。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指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令字节指令NOPNOP，或将有效单字节指令，或将有效单字节指令反复书写，这便是指令冗余技术。反复书写，这便是指令冗余技术。 指令冗余指令冗余 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NOPNOP指令，指令，可维护其后的指令不被拆散。或者说

16、，某指令前可维护其后的指令不被拆散。或者说，某指令前假设插入两条假设插入两条NOPNOP指令，那么这条指令就不会被指令，那么这条指令就不会被前面冲下来的失控程序拆散，并将被完好执行，前面冲下来的失控程序拆散，并将被完好执行，从而使程序走上正轨。但不能参与太多的冗余指从而使程序走上正轨。但不能参与太多的冗余指令，以免明显降低程序正常运转的效率。因此，令，以免明显降低程序正常运转的效率。因此，常在一些对程序流向起决议作用的指令之前插入常在一些对程序流向起决议作用的指令之前插入两条两条NOPNOP指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确的控制轨道。此类指令有：的控制轨道。

17、此类指令有：RETRET、RETIRETI、LCALLLCALL、SJMPSJMP、JZJZ、CJNECJNE等。在某些对系统任务形状至等。在某些对系统任务形状至关重要的指令关重要的指令( (如如SETB EASETB EA之类之类) )前也可插人两条前也可插人两条NOPNOP指令，以保证被正确执行。上述关键指令中，指令，以保证被正确执行。上述关键指令中，RETRET和和RETIRETI本身即为单字节指令，可以直接用其本身即为单字节指令，可以直接用其本身来替代本身来替代NOPNOP指令，但有能够添加潜在危险，指令，但有能够添加潜在危险，不如不如NOPNOP指令平安。指令平安。 软件圈套软件圈套

18、 指令冗余使弹飞的程序安定下来是有条件指令冗余使弹飞的程序安定下来是有条件的，首先弹飞的程序必需落到程序区，其的，首先弹飞的程序必需落到程序区，其次必需执行到冗余指令。当弹飞的程序落次必需执行到冗余指令。当弹飞的程序落到非程序区到非程序区( (如如EPROMEPROM中未运用的空间、中未运用的空间、程序中的数据表格区程序中的数据表格区) )时前一个条件即不满时前一个条件即不满足，当弹飞的程序在没有碰到冗余指令之足，当弹飞的程序在没有碰到冗余指令之前，曾经自动构成一个死循环，这时第二前，曾经自动构成一个死循环，这时第二个条件也不满足。对付前一种情况采取的个条件也不满足。对付前一种情况采取的措施就是设立软件圈套，对于后一种情况措施就是设立软件圈套，对于后一种情况采取的措施是建立程序运转监视系统采取的措施是建立程序运转监视系统(WATCHDOG)(WATCHDOG)。 软件圈套软件圈套 所谓软件圈套，就是一条引导指令，强行所谓软件圈套，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向对程序出错进展处置的将捕获的程序引向对程序出错进展处置的程序。假设我们把这段程序的入口标号称程序。假设我们把这段程序的入口标号称为为ERRERR的话，软件圈套即为一条的话，软件圈套即为一条LJMP ERRL