单片机测控系统的电路较复杂,产生干扰的原因很多,下面仅从几个方面来介绍设计硬件电路时的抗干扰措施。
硬件抗干扰技术是系统设计时首选的抗干扰措施,它能有效抑制干扰源,阻断干扰传输通道。常用的硬件设计抗干扰方法如下:
系统硬件是由单片机及外围电路等许多元器件组成的,只有保证每个元器件都能可靠地工作,才能确保系统的可靠性。根据系统设计需要,可以选择的元器件种类很多。将棕些元器件应用于系统之前,首先要对元器件进行性能测试和功率老化试验,并随时测试其性能指标是否符合系统要求。
一般情况下,元器件在出厂前都进行了测试。通常在应用时不再进行测试,而是直接将元器件用于电路中加电运行考验,发现问题直接替换,这样对整个系统的考机就必须认真进行。依照可靠性理论,芯片在通电使用初期故障率较高,系统装调完成后,应尽量模拟实际运行环境加民考机,尽可能将问题解决在这一阶段,这样考机合格的设备出厂后就能稳定运行了。
单片机控制系统通常由一块或几块负印制电路板组成,各板之间以及各板电源之间采用接插件连接。在接插件的插针之间易造成干扰,这些干扰与接插件插针之间的距离以及插针与地线之间的距离都有关系。因此,在设计和选用插件时要注意以下几点:
1、合理地设置接插件。电源接插件与信号接插件要尽量远离,主要信号的接插件外面最好带有屏蔽网层。
2、接插件上要增加接地针数。在安排插针信号时,将一部分插针作为接地钱,均匀分布于各信号之间直到隔离作用,以减小针与针间信号的互相干扰。单从抗干扰方面来讲,最好每一信号针两侧都是地针,信号针与接地针理想的比例为1:1。当然,在系统设计时要根据实际情况,兼顾各方面的因素综合考虑。
3、设计时要考虑信号的频率,把不同时刻翻转的信号插针尽量远离,因信号同时翻转会使干扰叠加。
4、选用接插件时,要选用不同机械结构或不同针数的反射层插件。原则上一块电路板上不要有两个或两个以上结构和尺寸都相同的接插件,以免误插造成损坏。
5、插座信号拜列时,要考虑到插头有插反的可能,要求即使插头插反也不至于损坏电源或器件。
印制电路板是器件、信号线、电源线的高密度集合体,但决不是器件、线路的简单密集排列,布线和布局好坏对可靠性影响很大。
印制电路在所难免设计时应注意以下几点:
印制电路板总体布局原则。
1、印制电路板大小要适中。板面过大和印制线路太长,都会阻抗增加,成本也高;板子太小,板间相互连线增加,易造成干扰。
2、印制电路板元件布局时相关元件应尽量靠近。如晶振、时钟发生器及CPU时钟输入端要相互靠近,大电流电路元器件要远离主板,或另做一块驱动板。
3、考虑电路板在机箱内的位置,发热大的元器件应放置在易通风散热的位置。
电源线和地线与数据线传输方向一致,有助于增强抗干扰能力。接地线要环绕印制板一周安排,各器件尽可能就近接地。地线尽量加宽,数字地、模拟地要分开,根据实际情况考虑一点或多点接地。
配置必要的去耦电容。
在印制电路的各个关键部位配置必要的去耦电容是十分必要的。
1、电源进线端跨接100uF以上的电解电容,以便吸收电源进线引入的脉冲干扰。
2、一般情况下,可在每个集成电路芯片上都设计一个103或104的小瓷片,以便吸收高频干扰。
3、电容引线不能太长,高频旁路电容不能带引线。
硬件抗干扰总的原则是消除干扰源、切断干扰侵入途径和设计低噪声电路。
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