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浅谈单片机系统的电磁兼容性设计
【摘要】随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子,医疗,工业自动化,智能化仪器仪表,航空航天等各领域,单片子系统面临着电磁干扰(EMI)日益严重的威胁,电磁兼容的问题在称重领域也日益突出,本文围绕单片机系统的电磁兼容技术浅谈一些笔者的经验,与同行探讨。
【关键词】单片机电磁干扰电磁兼容硬件设计方法电磁兼容软件设计方法
在电磁环境比较恶劣的情况下,一些大规模集成电路常常会受到干扰,导致不能正常工作或在错误状态下运行,造成的后果往往是很严重的。这样电磁干扰就成为困扰设计师的一个重要问题。电磁兼容性(EMC)包含系统的发射和敏感度两方面的问题。如果一个单片机系统符条件合下面三个条件,则该系统是电磁兼容的:
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假若干扰不能完全消除,但也要使干扰减少到最小。干扰的产生不是直接的(通过导体、公共阻抗耦合等),就是间接的(通过串扰或辐射耦合)。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射,很多磁电发射源、如光照、继电器、DC电机和日光灯都可以引起干扰;AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速单片机系统中,时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源,这些电路可产生高达300MHz的谐波失真,在系统中应该把他们去掉。另外,在单片机系统中最容易受影响的是复位线,中断线和控制线。
一、干扰的耦合方式

一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可检拾噪声并把噪声送到其他电路引起干扰。设计人员必须避免导线检拾噪声和在噪声引起干扰前用去耦办法去除噪声。最普通的例子是噪声通过电源进入电路。若电源本身或连接到电源的其他电路是干扰源,则在电源线进入电路之前必须对其去耦。

当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定,来自两个电路的地电流流过共地阻抗。电路a的地电位被电流b调制,噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路b耦合到电路a。

经辐射的耦合通称串扰。串扰发生在电流流经导体时产生电磁场,而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。

辐射发射有两种基本类型;差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意的压降引起的,它使电路中所有地连接抬高到系统电地位之上。就电场大小而言,CM辐射是比DM辐射更为严重的问题。为使CM辐射最小,必须用切合实际的设计使共模电流降到零。
二、影响EMC的因数

电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

在所有EMC问题中,主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路绝不能混合。

适当