嵌入式系统硬件抗干扰技术的研究

潘兴民++姜凯文

摘 要：在一些特殊的工作环境之中嵌入系统要面对更加复杂的外部电磁环境，会造成嵌入式系统出现内外干扰问题，进而影响该设备发挥出其最大的效能。而嵌入式系统的抗干扰能力又主要分布于系统硬件部分，为此就必须要对嵌入式系统硬件的抗干扰技术加以深入研究与探讨，以期为进一步提高嵌入式系统的可靠性做有益的铺垫。

关键词：嵌入式系统 硬件 抗干扰 可靠性

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0135-02

近些年来随着网络信息技术的不断发展与进步，嵌入式技术也在不断的更新换代之中得到了有效的提高。可以说嵌入式系统由于其具有较强的专用性，且软硬件能够被量体裁衣，所以被广泛应用到各个领域之中。也正因如此，常常被应用到一些特殊工作环境之下的嵌入式系统，更需要有效提高其自身的可靠性，由此也就需要对嵌入式系统的硬件抗干扰技术加以深入的研究与探讨。以下笔者即结合个人在嵌入式系统上的研究经验与相关参考文献，就嵌入式系统硬件抗干扰技术展开粗浅的分析与探讨，以供大家参考借鉴。

1 嵌入式系统的干扰因素

如若我们对嵌入式系统的干扰进行剖析则可以将其干扰分为以下两种类型，即内部干扰与外部干扰。所谓的内部干扰主要是指因为嵌入式系统自身问题而造成的干扰，如印制电路板在设计上的问题、元器件热噪声问题；外部干扰则是指因为外界环境而给嵌入式系统带来的干扰，如电池干扰、电磁波干扰、电网干扰等。通常情况下高电压、大电流、电火花等电磁信号场都是干扰嵌入式系统的主要外部干扰渠道。特别是嵌入式系统的中央处理器如若受到较为严重的电磁干扰，甚至会造成嵌入式系统发生崩溃问题。

2 嵌入式系统硬件抗干扰技术

嵌入式系统的抗干扰能力，主要依靠的就是硬件所发挥出来的抗干扰能力，因此，在对嵌入式系统实施抗干扰设计的过程中，其重点必须要放在硬件之上，也只有如此，才能够抑制住绝大多数的干扰，使其系统更加可靠、稳定。

2.1 对印制电路板实施的抗干扰设计工作

嵌入式系统的印刷电路板是全套电子系统的重要载体，在系统之中发挥着所有芯片的电气连接效用。因此，做好印刷电路板的抗干扰设计尤为重要。要想制作出一块性能卓越且具有较高稳定性的印刷电路板，首先就必须要能够熟练地掌握电路线路、信号完整性以及电磁的兼容性等相关理论知识，同时还必须要能够将这部分理论知识应用到实践工作之中，能够熟练地掌握EDA这种工具技能，进而为嵌入式系统印刷电路板的设计打下坚实的基础。具体来讲，在印刷电路板抗干扰设计过程中，整个元件的布局以及走线必须要遵循相应的原则。

第一，在原件布局上应遵循的原则。应该在印制电路板的两端分别布置有输入部分与输出部分，尽可能地让相关的关联器件能够靠得更近一些，从而最大限度地缩短器件间的连接导线距离。而对于那些拥有着相似工作频率且相互之间极易产生干扰电平原件，应该确保其相互之间的相对距离。对于一些容易发热的器件，为了帮助其散热，可以采取将其布置于印刷电路板边缘的处理方法。在布置高压大功率器件时必须要确保其与低压小功率器件保留出一定的间距，可使用分开布线这种布局。此外，为了造成感应、温漂等问题，禁止在大功率、大電流元器件的周围布设一些热敏器件、运算放大器。

第二，在走线上应遵循的原则。在布局主要信号线时因为其主要集中在板中央上，所以地线包围是最常使用的措施之一，且为了能够让信号线与信号回路线的实际环路面积始终保持在最小状态下，则应该避免出现长距离的平行布线现状，要尽可能将电气互连点之间的布线长度予以缩短。为了能够降低相邻布线面的导线走线的寄生偶合问题，应该采取相互垂直、弯曲、斜交等形式。同时，为了能够进一步提高输入端的阻抗，必须要采取科学合理的信号线布局方案，从而缩短输入引线。如若在实际运行过程中模拟与数字信号产生相互干扰问题，那么必须要对二者的地线实施隔离，从而达到提高抗干扰能力的根本目的。

2.2 做好光电隔离措施

光电隔离是目前嵌入式系统硬件抗干扰技术之中最为常见的一种抗干扰技术，其能够对尖峰脉冲和各种噪声干扰都起到抑制作用，进而有效地提高嵌入式系统的实际抗干扰能力。光电隔离措施在嵌入式系统中的具体应用环节有以下几点：第一，当接收的外界信号之中混有干扰时，可以用光耦接口对嵌入式系统的输入、输出端进行连接，从而起到隔离信号、隔离噪声的根本效用；第二，当嵌入式系统CPU之中接入功率驱动电路时，CPU极易遭受到驱动电路干扰，为此必须要对CPU以及功率驱动电路实时光耦隔离，提高抗干扰能力；第三，嵌入式系统在长线传输过程中十分容易遭受到外界的干扰，尤其是远距离设备利用电缆进行连接时，设备与设备之间的地线电位差所形成的环路电流会产生差模干扰电压，为此就必须要实施光耦隔离，从而保证长线传输的稳定性与可靠性。

2.3 做好电源抗干扰措施

为了进一步降低电源干扰问题，就必须要选择那些抗干扰能力较强的供电系统。首先，在电力系统的选择上应该使用那些交流稳压电源，使电压更趋于稳定，避免在实际运行过程中出现过压问题与欠压问题；其次，在电网中接入电源时，可使用隔离变压器做好相应的隔离，最大限度地降低分布电容所造成的影响，增强抗共模干扰能力；最后，可使用通滤波器来避免高次谐波被引入到系统之中，提高系统的抗干扰能力。

2.4 去耦措施

产生瞬间噪声电压的根本原因，是因为电力在状态转换的过程中电源线上的尖峰电流会产生阻抗的有害耦合，为此要想解决这一问题就必须要配置去耦电容于印制电路板的关键部位之上，从而达到去耦的根本作用，在这个过程中需要始终遵循几点原则，即：在电源输入端跨接10～100F的电解电容器；为了实现高频去耦，可以充分利用具备优质的高频特性的0.1F陶瓷电容在各个原件电源输入端进行对地跨接；如若ROM与RAM存储器件的抗噪能力较差，在关断时电源会出现较大的变化，则可以在芯片电源线以及地线进线端接入10～100F的去耦电容；将电容引线的实际长度尽量地进行缩短，并选择表贴电容器在高频旁路电容之中。

3 结语

在实际工作过程中，工作环境以及嵌入式系统自身的特点不可避免地会出现一定的干扰问题。因此，要想进一步提高嵌入式系统的实际运行安全，提高其可靠性，就必须要进一步提高嵌入式系统的硬件抗干扰能力，这是因为抗干扰能力主要体现于嵌入式系统的硬件部件之中。所以，本文笔者就如何提高嵌入式系统硬件的抗干扰能力提出了几点个人建议，旨在为有效抑制干扰，进一步推动嵌入式系统的发展做出有益的铺垫。

参考文献

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