1 系統(tǒng)外部騷擾源抗干擾設(shè)計(jì)
系統(tǒng)外部騷擾源主要有以下幾種類型：
(1)高壓回路中操作隔離開(kāi)關(guān)及斷路器引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。
(2)高壓裝置產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)。
(3)接地系統(tǒng)中的短路電流引起的電壓升高。
(4)雷電引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。
(5)低壓設(shè)備分合操作引起的快速瞬變干擾。
(6)靜電放電干擾。
(7)設(shè)施內(nèi)部其他電氣或電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻傳導(dǎo)和輻射騷擾。
1．1 防靜電放電(ESD)干擾
作為設(shè)備的外殼端口，任何暴露部分都可能發(fā)生靜電放電。常見(jiàn)的情況是在鍵盤、控制部件、外界電纜等部位或在直接接觸的金屬構(gòu)件表面發(fā)生靜電放電。靜電向附近導(dǎo)體(可以是設(shè)備本身的非接地金屬板)放電會(huì)產(chǎn)生很大的局部瞬態(tài)電流，這個(gè)電流通過(guò)電感或公共阻抗耦合到設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果感應(yīng)電流流過(guò)數(shù)字設(shè)備時(shí)，很可能使數(shù)字電路發(fā)生誤動(dòng)作。靜電放電保護(hù)措施有：設(shè)備全部采用塑料外殼；面板使用覆膜按鍵；機(jī)箱良好接地。一般來(lái)說(shuō)，只要注意接地及機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝置就能夠順利通過(guò)靜電放電干擾試驗(yàn)。
1．2 防輻射電磁場(chǎng)干擾
輻射電磁場(chǎng)干擾對(duì)集成電路型裝置影響較大，但是，輻射電磁場(chǎng)干擾對(duì)本裝置影響較小。很多是由于開(kāi)關(guān)電源在施加輻射電磁場(chǎng)干擾時(shí)不能夠穩(wěn)壓引起的。該裝置并沒(méi)有采用開(kāi)關(guān)電源，在輻射電磁場(chǎng)干擾措施上只采取了在機(jī)殼內(nèi)部覆蓋鋁膜的方法，通過(guò)了1 V／m、3 V／m及10 v／m 3種場(chǎng)強(qiáng)等級(jí)的試驗(yàn)。
1．3 抗1 MHz和100 kHz衰減振蕩波干擾
1 MHz和100 kHz衰減振蕩波干擾主要是模擬變電站的高壓母線的開(kāi)關(guān)操作出現(xiàn)隔離刀閘的合、分操作引起的陡波瞬態(tài)，屬于“阻尼振蕩瞬態(tài)脈沖群(阻尼振蕩波)”。1 MHz和100 kHz脈沖群干擾通過(guò)傳導(dǎo)、電容耦合及磁場(chǎng)耦合等方式影響裝置。只要在各個(gè)電源、信號(hào)及控制線端口對(duì)大地加入耐壓值較高的0.1μF或0.01μF解耦電容，構(gòu)成泄放回路，即可采用共模、差模兩種形式抑制該瞬態(tài)騷擾。
1．4 抗浪涌(沖擊)干擾
浪涌呈脈沖狀，其波前時(shí)間為數(shù)仙s，脈沖幅度從幾百V到幾萬(wàn)V，是一種持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、能量較強(qiáng)的干擾。浪涌干擾可能會(huì)影響電子設(shè)備的正常工作，甚至燒毀元器件。電子設(shè)備只能依靠過(guò)電壓保護(hù)或浪涌保護(hù)器件來(lái)抑制浪涌干擾，通過(guò)浪涌保護(hù)器件動(dòng)作將浪涌電流泄放至大地。在電源接口采用了添加瞬態(tài)抑制二極管(TVS)的方法，取得了滿意的效果。
1．5 抗快速瞬變脈沖群干擾
瞬變干擾是電磁兼容試驗(yàn)中最難通過(guò)的，新標(biāo)準(zhǔn)取消了2．5 kHz脈沖重復(fù)頻率，而增加了100 kHz脈沖重復(fù)頻率拉J，因此，新的標(biāo)準(zhǔn)把測(cè)試頻率提高，其本質(zhì)上也是提高了試驗(yàn)的嚴(yán)格程度。瞬變干擾的起因有很多，如開(kāi)關(guān)動(dòng)作、電網(wǎng)故障、自然現(xiàn)象等。電源回路瞬態(tài)包括差模和共模兩種形式。差模尖峰電壓往往有較慢的上升時(shí)間和較高的能量，為了防止輸入電路損壞，對(duì)瞬變干擾采取以下措施：使所有外界接口在空間上相互靠近；采用光電耦合器隔離敏感信號(hào)接口；電源接口添加瞬態(tài)抑制二極管(TVS)。
1．6 試驗(yàn)結(jié)果
實(shí)施以上措施后，根據(jù)IEC 61000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。
雖然通過(guò)了大部分的電磁兼容試驗(yàn)，但在快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)中出現(xiàn)了暫時(shí)眭的功能喪失。究其原因，是通過(guò)電源接口竄入的干擾。在電源端口加裝濾波器抑制30 MHz以下頻率范圍的噪聲，用鐵氧體磁性材料抑制高頻電磁干擾是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便而有效的方法，如圖2所示。
插入損耗IL和抑制元件的阻抗有如下關(guān)系：
zs一源阻抗；ZL一負(fù)載阻抗；z一抑制元件的阻抗
圖2鐵氧體抑制元件應(yīng)用電路
由式(1)可知，在源阻抗和負(fù)載阻抗一定時(shí)，抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。在低頻端，鐵氧體損耗電阻較小，主要是感抗起作用；在高頻端，鐵氧體損耗起主要作用。低頻時(shí)，干擾信號(hào)被反射而受到抑制，在高頻端干擾信號(hào)被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，順利通過(guò)了抗快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)。
2 系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源抗干擾設(shè)計(jì)
2．1系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源
(1)公共電源。這是典型的傳導(dǎo)干擾源。由于電源內(nèi)阻不為零，尤其是在高頻頻段，電源除向設(shè)備提供有用的電能外，也提供了無(wú)用的成分。
(2)PCB板上的振蕩器、時(shí)鐘電路、地址總線的低位數(shù)據(jù)線等產(chǎn)生的周期信號(hào)是產(chǎn)生輻射最強(qiáng)的信號(hào)。
(3)芯片邏輯門的輸出狀態(tài)若發(fā)生變化，電源線和地線上會(huì)有電流突變(可能引起較強(qiáng)的電磁輻射)，因此電源線和地線上的電感可以引起PCB板上電源線和地線上的噪聲電壓。電源線和接地線會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_和公共阻抗噪聲。
2．2 電源的抗干擾措施
主機(jī)電路與外圍電路采用不同的電源供電。分散的、獨(dú)立功能的模塊分別供電。每個(gè)模塊上可再分別通過(guò)三端穩(wěn)壓塊(7805、7812等)穩(wěn)壓。
2．3 電路板的抗干擾措施
印制電路板的布局與設(shè)計(jì)是否合理對(duì)系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，因?yàn)樗窃肼暜a(chǎn)生、傳播和吸收的關(guān)鍵部位。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
(1)印制電路板的尺寸、布線與分區(qū)要合理。尺寸過(guò)大使銅皮走線過(guò)長(zhǎng)，噪聲影響加大；過(guò)小則影響散熱，使平行布置的導(dǎo)線間的干擾加大。在布線時(shí)應(yīng)盡量減小線路所包圍的面積，以降低寄生耦合所產(chǎn)生的電磁干擾；同時(shí)注意避免出現(xiàn)大的環(huán)形，拐彎應(yīng)有弧度，用地線屏蔽信號(hào)線等。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，應(yīng)將模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)和功率驅(qū)動(dòng)區(qū)合理分開(kāi)，減少相互問(wèn)的干擾。I／O驅(qū)動(dòng)器件和功率放大器應(yīng)盡量靠近印制板的邊緣及引出的接插件。在印制電路板上，地線、電源線及重要的信號(hào)線要盡量粗，信號(hào)線的過(guò)孔要盡量少，噪聲敏感線不要與高速線和大電流線平行，從高噪聲區(qū)來(lái)的信號(hào)要加濾波，每個(gè)IC元件要加一個(gè)去耦電容。印制電站板用的片狀濾波器，其引出線需套EMI吸收珠后再串接于需要抑制干擾的線路中。
(2)科學(xué)接地。在設(shè)計(jì)地線時(shí)首先應(yīng)將地線進(jìn)行分類，對(duì)低頻電路采用一點(diǎn)接地，對(duì)高頻電路采用多點(diǎn)接地，同時(shí)數(shù)字電路與模擬電路應(yīng)分別接地；噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些，同時(shí)在每一個(gè)元件的電源輸入端與地之間接一去耦電容以濾去噪聲干擾，在重要的信號(hào)線兩側(cè)加上保護(hù)接地MΩ。地線、電源線要盡量粗，整個(gè)電路板要按照單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電。
(3)輸入／輸出的隔離與屏蔽要進(jìn)行規(guī)劃。輸入／輸出信號(hào)可加上光電耦合器予以隔離，防止外圍器件動(dòng)作產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路。
3 軟件抗干擾技術(shù)
除硬件的抗干擾設(shè)計(jì)外，軟件的抗干擾措施也能大大提高系統(tǒng)的防御能力，是防止和消除整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。在編制系統(tǒng)程序時(shí)主要采用了以下幾種軟件抗干擾技術(shù)：指令冗余、軟件陷阱、E2PROM中的數(shù)據(jù)保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)、看門狗程序等。
4 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)誤動(dòng)和計(jì)數(shù)混亂現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)該設(shè)備的電磁兼容的研究，為設(shè)計(jì)在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的嵌人式系統(tǒng)提供了非常實(shí)用的參考依據(jù)。
