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电磁兼容 1 单片机系统的电磁兼容性设计发布时间 2002 年 12月7日点击次数 897 来源单片机与嵌入式系统应用作者解放军广州通信学院黄再银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, 单片机系统面临着电磁干扰( EMI ) 日益严重的威胁。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合下面三个条件, 则该系统是电磁兼容的: ①对其它系统不产生干扰; ②对其它系统的发射不敏感; ③对系统本身不产生干扰。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, 很多电磁发射源, 如光照、继电器、 DC 电机和日光灯都可引起干扰;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 300 MHz 的谐波失真, 在系统中应该把它们去掉。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。 1 干扰的耦合方式(1) 传导性 EMI 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捡拾噪声并把噪声送到其它电路引起干扰。设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声引起干扰前, 用去耦办法除去噪声。最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源, 则在电源线进入电路之前必须对其去耦。(2) 公共阻抗耦合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经共地阻抗。电路 1 的地电位被地电流 2 调制, 噪声信号或 DC 补偿经共地阻抗从电路 2 耦合到电路 1。(3) 辐射耦合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。(4) 辐射发射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地电位之上。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。 2 影响 EMC 的因数①电压。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。②频率。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。③接地。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 1 MHz 时,可采用单点接地方法, 但不适于高频; 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地回路绝对不能混合。④ PCB 设计。适当的印刷电路板( PCB )布线对防止 EMI 是至关重要的。⑤电源去耦。当器件开关时, 在电源线上会产生瞬态电流, 必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高 did