单片机系统的电磁兼容性问题探讨

杨文菊

新疆钢铁学校，新疆乌鲁木齐 830022

单片机系统的电磁兼容性问题探讨

杨文菊

新疆钢铁学校，新疆乌鲁木齐 830022

随着电子数字技术的不断发展，单片机系统的应用广泛，越来越复杂的应用程序需要单片机处理器具有较高的时钟频率，伴随而来的电磁兼容性问题更加值得系统设计人员重视。单片机应用系统能否可靠地工作，能否达到电磁兼容的标准，与系统设计、电子元器件的选择和使用、印刷线路的设计与布线产品的制造工艺等都有很大的关系。本文从使用的角度入手，介绍一些有关电磁兼容性相关内容，并介绍了在进行单片机应用系统设计时应该注意什么，为达到电磁兼容性的要求可以采取哪些措施。

单片机应用系统；电磁兼容性；电磁干扰

1 概述

电磁兼容性指电子线路、系统相互不影响，在电磁方面相互兼容的状态。简单的说，电磁兼容是一种能力，具备一定电磁兼容能力的电子产品至少需要满足以下两点要求：

1）系统本身抗电磁干扰能力强，不易受到外界电磁辐射信号的干扰；

2）系统本身不对其他仪器、设备产生电磁干扰。

电磁兼容性设计问题就是提高产品的抗干扰能力和抑制产品产生电磁干扰。在目前的单片机应用系统设计中，电磁兼容性的问题依旧是较棘手的部分。想要设计出好的产品，设计者不但要掌握很多相关理论知识，还要具有很多的实际开发经验。

2 电磁干扰常见问题

2.1 射频干扰

现在的蜂窝电话系统、手持无线电、无线电遥控单元等无线电发射设备都是利用射频方式工作的，发出的信号对于其它设备来说就是干扰，典型的设备故障常出现在场强1V/m～10V/m的区间里。

2.2 静电放电

静电现象可能引起元器件损坏，还会产生干扰。目前，高速、高集成度的电子器件灵敏度越来越高，就越容易受到静电放电产生的干扰。

2.3 电力干扰

大部分的电子设备采用的是开关电源，开关电源本身的三极管在工作状态产生干扰频谱；电力线上电压变化、电涌、电瞬变都可能产生干扰。

2.4 自兼容性

设备内各组成之间也可产生干扰，这种干扰可通过信号线的传导和辐射传播。

3 抑制电磁干扰的基本手段

归根究底，抑制电磁干扰就是要控制电磁干扰产生的3个要素：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备，有效控制其中的任一要素都会增强系统的抗电磁干扰的能力。选择适当的电磁干扰抑制技术，就是电磁兼容性研究的内容。

方法一：抑制干扰源

先确定干扰源的位置，在靠近干扰源的地方采取措施。一般如市电电源中的奇次谐波、继电器吸合、电容充放电、电机运行、集成电路开关工作都可能是干扰源。一般采用的抑制方法是：低噪声电路、瞬态抑制电路、旋转装置抑制电路和稳压电路等。在器件的选择时尽可能使用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件。

方法二：切断电磁干扰耦合途径

抑制传导中干扰的主要措施是串接滤波器。滤波器分为低通（LPE）、高通（HPE）、带通（BPF）、带阻（BEF）四种，在使用时应根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器。

对于通过供电电源线传导的噪声可采用电源滤波器来滤除。

对传输线路及印刷电路板的布线设计，应注意进线与出线，信号线与电源线尽量分开。

对于辐射干扰，主要措施是采用屏蔽技术和分层技术。

方法三：降低电磁敏感装置的敏感度

一方面人们希望接收装置灵敏度高，提高对信号的接收能力，另一方面灵敏度越高的装置受到噪声影响的可能性也越大。因此，根据具体情况可以采用降额设计，网络钝化，功能钝化等方法来解决问题。

4 提高产品电磁兼容性的具体措施

电磁兼容性和电磁干扰是衡量一个产品设计好坏的重要指标，因此必须从原理图设计开始就要考虑解决问题的方法。

4.1 器件的选择

在实际设计应用中，在满足功能的前提下，为减少电磁干扰，设计电路时应尽量选择边沿速率低的器件。根据系统的指标要求和成本控制等方面选择合适的元器件封装，考虑以下几个方面：

引线长度：引线长度不宜过长，否则会导致地电位不均匀，会产生天线效应。一般DIP封装的元件引线电感最大，BGA封装引线电感最小；

元器件尺寸：尽量减少电路板尺寸，减少PCB走线的长度，可以采用多层电路板；

封装类型：对于要求较高的产品应该优先选用表面贴装技术（SMT）的器件。

4.2 PCB布局

设计PCB板布局时，必须充分考虑电磁兼容性问题。总的原则是各器件之间的连线要尽量短，尤其要注意将模拟信号部分、高速数字信号部分、大功率噪声源部分等合理分开并尽量加以隔离，减少他们之间的相互耦合。

按照工作速度快慢或电源电压的等级对单元电路进行分组，将同组元件放在一起，以便于在空间上保证各组间元器件不产生相互干扰。

根据单元电路的工作频率分为高速电路如微处理器、中速电路如显示处理、低速电路如接口、模拟电路如模拟信号放大器。

电源电压不同，电路的种类也不同，数字电路常用5V，模拟运算放大器常用12V。

4.3 PCB布线

PCB的走线是导线，具有一定的长度，可以像天线一样向外辐射能量或接收能量，因此PCB的走线要避免辐射和接收电磁能量。

主要的做法是：同一线层的线宽要一致；相邻走线层的信号总体走线方向要相互垂直；尽量缩短高速信号线的长度。

4.4 接地

接地指的是电路板或设备与大地连接，从而增加系统的电磁兼容性和安全性。电源线、接地线及数据线传输方向最好一致，有利于增强电子产品的抗干扰能力；地线可环绕电路板一周，方便元器件能就近接地；接地线尽量加宽，以减少地线上的阻抗；数字信号底线和模拟信号地线要分开布线，防止电路间相互干扰。

4.5 旁路和去耦电容

旁路和去耦可用来隔断交流信号的传输，防止电路之间信号的相互干扰。去耦电容一般为100μf以上，跨接在电源进线上，作为电源的滤波；旁路电容的等效阻抗应越小越好，将电路的某部分交流信号接到底线上。

5 结论

除了在产品硬件设计中要注重电磁兼容性的设计外，在软件设计中，设计者应考虑通过电源监控、“看门狗”、软件冗余技术等方法进一步的提高单片机控制系统的可靠性。

[1]张萌，和湘，姜斌.单片机应用系统开发综合实例[M].清华大学出版社，2007，7：65-71.

[2]郝瑞生.单片机原理及接口技术[M].中国劳动社会出版社，2008，7：167-169.

[3]谢剑英，贾青.微型计算机控制技术[M].国防工业出版社，2002，5：67-69.

TP368

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1674-6708（2011）50-0201-02