在研制帶處理器的電子產(chǎn)品時(shí)，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性？

一、下面的一些系統(tǒng)要特別注意抗電磁干擾：

1、微控制器時(shí)鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)含有大功率，大電流驅(qū)動(dòng)電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開關(guān)等。

3、含微弱模擬信號(hào)電路以及高精度A/D變換電路的系統(tǒng)。

二、采取以下措施提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力：

1.選擇低頻微控制器：

選擇外部時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在相同頻率的方波和正弦波中，方波中的高頻成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正弦波。雖然方波高頻成分的波幅度小于基波，但頻率越高，越容易發(fā)射成為噪聲源。微控制器產(chǎn)生的最具影響力的高頻噪聲大約是時(shí)鐘頻率的三倍。

2.減少信號(hào)傳輸中的畸變：

微控制器主要采用高速CMOS技術(shù)制造。信號(hào)輸入端的靜態(tài)輸入電流約為1mA，輸入電容約為10PF。輸入阻抗相當(dāng)高。高速CMOS電路的輸出端具有相當(dāng)?shù)某休d能力，即相當(dāng)大的輸出值，通過長(zhǎng)線將門的輸出端導(dǎo)入輸入阻抗較高的輸入端。反射問題非常嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)Tpd>Tr時(shí)，它成為一個(gè)傳輸線問題，必須考慮信號(hào)反射和阻抗匹配。

信號(hào)在印刷板上的延遲時(shí)間與導(dǎo)線的特性阻抗有關(guān)，即與印刷電路板材料的介電常數(shù)有關(guān)。大致可以認(rèn)為，信號(hào)在印刷板導(dǎo)線上的傳輸速度約為光速的1/3到1/2。由微控制器組成的系統(tǒng)中常用的邏輯電話元件的Tr(標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間)在3到18ns之間。

在印刷電路板上，信號(hào)通過7W電阻和25厘米長(zhǎng)的引線，線路延遲時(shí)間約為4~20ns。也就是說，信號(hào)在印刷線上的引線越短越好，最長(zhǎng)不應(yīng)超過25厘米。而且過孔的數(shù)量要盡量少，最好不超過2個(gè)。

當(dāng)信號(hào)上升時(shí)間快于信號(hào)延遲時(shí)，應(yīng)根據(jù)快速電子學(xué)進(jìn)行處理。此時(shí)，應(yīng)考慮傳輸線路的阻抗匹配。對(duì)于印刷電路板上集成塊之間的信號(hào)傳輸，應(yīng)避免TD>Trd。印刷電路板越大，系統(tǒng)速度越快。

印刷電路板設(shè)計(jì)的一條規(guī)則用以下結(jié)論來概括：

在印刷板上傳輸信號(hào)時(shí)，其延遲時(shí)間不得大于所用設(shè)備的標(biāo)稱延遲時(shí)間。

3.減少信號(hào)線之間的交叉干擾：

A點(diǎn)的上升時(shí)間為Tr的階躍信號(hào)通過導(dǎo)線AB傳輸?shù)紹端。AB線上信號(hào)的延遲時(shí)間為TD。在D點(diǎn)，由于A點(diǎn)信號(hào)的向前傳輸，到達(dá)B點(diǎn)后的信號(hào)反射和AB線的延遲會(huì)在TD時(shí)間后感知一個(gè)寬度為Tr的頁(yè)面脈沖信號(hào)。在C點(diǎn)，由于AB上信號(hào)的傳輸和反射，一個(gè)寬度將是AB線上信號(hào)延遲時(shí)間的兩倍，即2TD的正脈沖信號(hào)。這是信號(hào)之間的交叉干擾。干擾信號(hào)的強(qiáng)度與C點(diǎn)信號(hào)的di/at以及線間的距離有關(guān)。當(dāng)兩條信號(hào)線不是很長(zhǎng)時(shí)，AB實(shí)際上看到兩個(gè)脈沖的疊加。

CMOS工藝制造的微控制由高輸入阻抗、高噪聲和高噪聲容量組成。數(shù)字電路的噪聲為100~200mv，不影響其工作。如果圖中的AB線是一個(gè)模擬信號(hào)，這種干擾將變得不可容忍。例如，印刷電路板為四層板，其中一層為大面積地面或雙面板。當(dāng)信號(hào)線的反面為大面積地面時(shí)，信號(hào)之間的交叉干擾將變小。原因是大面積地面降低了信號(hào)線的特性阻抗，大大降低了信號(hào)在D端的反射。特性阻抗與信號(hào)線與地面之間介質(zhì)的介電常數(shù)平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對(duì)數(shù)成正比。如果AB線是第一個(gè)模擬信號(hào)，為了避免數(shù)字電路信號(hào)線CD對(duì)AB的干擾，AB線下應(yīng)有大面積的地面，AB線與CD線之間的距離應(yīng)大于AB線與地面之間距離的2~3倍。地線可以局部屏蔽，地線可以分布在引結(jié)的一側(cè)。

4.減少來自電源的噪音：

在向系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，電源還向電源添加噪聲。電路中微控制器的復(fù)位線、中斷線和其他控制線最容易受到外部噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路。即使在電池供電的系統(tǒng)中，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號(hào)無法承受來自電源的干擾。

5.注意印刷線板和元件的高頻特性：

在高頻條件下，電路板上的引線、過孔、電阻、電容和連接器的分布電感和電容不容忽視。電容器的分布電感不容忽視，電感器的分布電容也不容忽視。當(dāng)長(zhǎng)度大于相應(yīng)噪聲頻率波長(zhǎng)的1/20時(shí)，電阻產(chǎn)生高頻信號(hào)反射，引線的分布電容將起作用，產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。

印刷電路板的穿孔大約會(huì)導(dǎo)致0.6pf的電容。

2~6pf電容引入集成電路本身的包裝材料。

電路板上的接插件具有520nH的分布電感。一個(gè)24引腳集成電路切割的雙列直切，引入4~18nH的分布電感。

這些較小的分布參數(shù)在這一行的微控制器系統(tǒng)中可以忽略不計(jì)；而且對(duì)于高速系統(tǒng)一定要特別注意。

6.合理分區(qū)元件布置：

應(yīng)充分考慮元件在印刷電路板上的位置。原則之一是各部件之間的導(dǎo)線應(yīng)盡可能短。在布局上，應(yīng)合理分離模擬信號(hào)部分、高速數(shù)字電路部分和噪聲源部分（如繼電器、大電流開關(guān)等），以最大限度地減少信號(hào)耦合。

7.處理好接地線：

電源線和地線是印刷電路板上最重要的?？朔姶鸥蓴_的主要手段是接地。

對(duì)于雙面板，接地線的布局特別精致。通過單點(diǎn)接地法，電源和接地從電源的兩端連接到印刷電路板，電源有一個(gè)連接點(diǎn)，地面有一個(gè)連接點(diǎn)。在印刷電路板上，應(yīng)該有多個(gè)返回接地線，這在返回電源的連接點(diǎn)上，即所謂的單點(diǎn)接地。所謂的模擬接地。數(shù)字接地。大功率設(shè)備接地開分，是指接線分離，最終收集到該接地點(diǎn)。屏蔽電纜通常用于連接印刷電路板外的信號(hào)。對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜的兩端都接地。低頻模擬信號(hào)屏蔽電纜，一端接地良好。

對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)采用金屬蓋屏蔽。

8.使用好去耦電容：

一個(gè)好的高頻去耦電容器可以去除高到1GHZ的高頻成分。陶瓷電容器或多層陶瓷電容器具有良好的高頻特性。在設(shè)計(jì)和打印電路板時(shí)，應(yīng)在每個(gè)集成電路的電源和地面之間增加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)功能：一方面是集成電路的儲(chǔ)能電容，提供和吸收集成電路開啟和關(guān)閉時(shí)的充放電能量；另一方面，設(shè)備的高頻噪聲會(huì)從旁路上消失。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容具有5nh分布電感，其平行共振頻率約為7mHz，即對(duì)10mHz以下的噪聲具有良好的去耦效果，對(duì)40mHz以上的噪聲幾乎不起作用。

1uf，10uf電容，并行共振頻率在20mhz以上，最好去除高頻噪聲。即使是使用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容，這通常有利于電源進(jìn)入印刷板和1uf或10uf的高頻電容。

每10個(gè)集成電路應(yīng)添加一個(gè)充放電電容器，或稱為存儲(chǔ)和放電電容器。電容的大小可以是10uf。最好不要使用電解電容器。電解電容器由兩層薄膜卷起。這種卷曲結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)具有電感。最好使用膽汁電容器或聚碳酸醞釀電容器。

去耦電容值的選擇并不嚴(yán)格，可以按C=1/f計(jì)算；即10MHz取0.1uf，對(duì)于由微控制器組成的系統(tǒng)，取0.1~0.01uf。