数字电路、單片机的抗干扰设计。成功的经验之谈

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數字电路抗干擾设计
    在電子系统設计中，为了少走弯路和节省時间，应充分考虑并满足抗干扰性 的要求，避免在
设计完成后再去进行抗干扰的補救措施。形成干扰的基本要素有三个：
    （1）干扰源，指產生干擾的元件、设备或信號，用数学語言描述如下：du/dt， di/dt大的地
方就是干擾源。如：雷電、继电器、可控硅、電机、高频時钟等都可 能成為干扰源。
    （2）傳播路径，指干擾从干擾源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过
导线的传导和空间的辐射。
    （3）敏感器件，指容易被干擾的对象。如：A/D、D/A變换器，单片机，数字IC， 弱信号放大
器等。
    抗干扰设计的基本原則是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的 抗干扰性能。
    （類似于传染病的预防）
1 抑制干扰源
   抑制干扰源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。这是抗干擾设計中最優 先考慮和最重要
   的原則，常常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du/dt主要是通过在干擾源两端并联電容
   来實现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实現。
  抑制干扰源的常用措施如下：
    （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断開线圈时產生的反电动勢干扰。仅加 续流二极管会
        使继电器的断开时间滞后，增加稳壓二极管后繼电器在单位时间内可动作更多的次数。
    （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电
        容选0.01uF），减小电火花影响。
    （3）給电机加滤波电路，注意电容、电感引線要尽量短。
    （4）電路板上每个IC要并接一個0.01μF～0.1μF高频電容，以减小IC对电源的 影响。注意
        高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电 容的等效串联电
        阻，会影响滤波效果。
    （5）布线时避免90度折线，减少高频噪聲发射。
    （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪聲（這個噪声严重时可能 會把可控硅
        击穿的）。
  按干扰的传播路径可分为传導干扰和辐射干擾两类。
    所謂传导干扰是指通过導线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和 有用信號的频带不同，可
    以通过在導线上增加濾波器的方法切断高频干扰 噪声的傳播，有时也可加隔离光耦来解決。电
    源噪声的危害最大， 要特別注意處理。  所謂辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干
    扰。 一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽
    罩。
2 切断干扰傳播路徑的常用措施如下：
    （1）充分考虑电源對单片機的影响。电源做得好，整個电路的抗干扰就解决了一大半。许多单
        片机对电源噪声很敏感, 要給单片机电源加滤波電路或穩压器，以减小电源噪声對单片机
        的干扰。比如，可以利用磁珠和電容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω
        电阻代替磁珠。
    （2）如果单片机的I/O口用來控制电机等噪聲器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π
        形濾波电路）。 控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间應加隔离（增加π形滤波
        電路）。
    （3）注意晶振布线。晶振與单片機引脚盡量靠近，用地线把时钟区隔离起來，晶振外壳接地
        并固定。此措施可解决許多疑难问题。
    （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模擬信号。尽可能把干扰源 （如電机，继电
        器）与敏感元件（如單片機）远離。
    （5）用地线把數字区与模擬区隔離，数字地與模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、
        D/A芯片布线也以此為原则，厂家分配A/D、D/A芯片 引腳排列時已考虑此要求。
    （6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干擾。 大功率器件尽可能放在电路
        板边缘。
    （7）在单片机I/O口，电源线，電路板連接线等关鍵地方使用抗干扰元件 如磁珠、磁环、電
        源滤波器，屏蔽罩，可顯著提高电路的抗干扰性能。
3 提高敏感器件的抗干扰性能
    提高敏感器件的抗干擾性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干擾噪声 的拾取，以及从不
    正常状态尽快恢复的方法。
  提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：
    （1）布線时尽量減少回路环的面积，以降低感应噪声。
    （2）布线时，电源線和地線要尽量粗。除減小压降外，更重要的是降低耦 合噪声。
    （3）對于单片机閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接电源。其它IC的闲置 端在不改变系统
        逻辑的情况下接地或接电源。
    （4）对單片机使用电源监控及看门狗電路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045
        等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
    （5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路。
    （6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。
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我先说说我在这方面的经验吧！不當之處请指正，有好经驗与心得也请大方貢献！
软件方面：
    1、我习惯于将不用的代码空间全清成“0”，因為这等效于NOP，可在程序跑飛时归位；
    2、在跳轉指令前加几个NOP，目的同1；
    3、在无硬件WatchDog時可采用软件模拟WatchDog，以監测程序的运行；
    4、涉及處理外部器件参数调整或設置时，为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参數重新
       发送一遍，這樣可使外部器件盡快恢复正确；
    5、通訊中的抗干扰，可加数据校验位，可采取3取2或5取3策略；
    6、在有通訊线时，如I^2C、三線制等，实際中我们发現將Data线、CLK线、INH线常态置为高，
       其抗干扰效果要好过置为低。
硬件方面：
    1、地線、電源线的部線肯定重要了！
    2、线路的去偶；
    3、數、模地的分开；
    4、每个数字元件在地与电源之間都要104电容；
    5、在有继电器的应用场合，尤其是大电流时，防继电器触点火花对電路的干扰，可在继电器
       线圈间并一104和二极管，在触点和常開端间接472电容，效果不错！
    6、为防I/O口的串擾，可将I/O口隔离，方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔離、電磁隔
       离等；
    7、当然多层板的抗干扰肯定好过單面板，但成本却高了几倍。
    8、选择一个抗干扰能力强的器件比之任何方法都有效，我想这点应该最重要。因為器件天生
       的不足是很難用外部方法去弥补的，但往往抗干扰能力強的就貴些，抗干扰能力差的就便
       宜，正如台湾的东东便宜但性能却大打折扣一样！主要看各位的应用场合了！

乐外-

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