在開(kāi)發(fā)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？

1.以下系統(tǒng)應(yīng)特別注意抗電磁干擾：

(1)微控制器時(shí)鐘頻率特別高，總線(xiàn)周期特別快的系統(tǒng)。

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

(3)含有微弱模擬信號(hào)電路和高精度A/D變換電路的系統(tǒng)。

2.采取以下措施增加系統(tǒng)的抗電磁干擾能力：

(1)選擇低頻微控制器：

選擇外時(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。方波和正弦波的高頻成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正弦波。雖然方波的高頻成分比基波小，但頻率越高，就越容易發(fā)射成噪聲源。微控制器產(chǎn)生的最有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)大的承載能力，即相當(dāng)大的輸出值。將門(mén)的輸出端通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間引入輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問(wèn)題非常嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)TPD>T已成為一個(gè)傳輸線(xiàn)問(wèn)題，必須考慮信號(hào)反射、阻抗匹配等問(wèn)題。

印刷板上信號(hào)的延遲時(shí)間與導(dǎo)線(xiàn)的特性阻抗有關(guān)，即與印刷板材料的介電常數(shù)有關(guān)。可以粗略地認(rèn)為，印刷板導(dǎo)線(xiàn)中信號(hào)的傳輸速度約為光速的1/3至1/2。由微控制器組成的系統(tǒng)中常用邏輯電話(huà)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(guò)7W電阻和25cm長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)，在線(xiàn)延遲時(shí)間約為4~20ns。換句話(huà)說(shuō)，印刷線(xiàn)上的信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)越短越好，最長(zhǎng)不超過(guò)25cm。此外，孔數(shù)應(yīng)盡可能少，最好不超過(guò)2個(gè)。

當(dāng)信號(hào)上升時(shí)間快于信號(hào)延遲時(shí)間時(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(xiàn)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。

以下結(jié)論總結(jié)了印刷線(xiàn)路板設(shè)計(jì)的一條規(guī)則：

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

(3)減少信號(hào)線(xiàn)之間的交叉干擾：

A點(diǎn)的上升時(shí)間為T(mén)r的階躍信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)AB傳輸?shù)紹端。AB線(xiàn)上信號(hào)的延遲時(shí)間為T(mén)D。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(xiàn)的延遲將在TD時(shí)間后感知到一個(gè)寬度為T(mén)r的頁(yè)脈沖信號(hào)。在C點(diǎn)，由于AB上信號(hào)的傳輸和反射，它將感知到AB線(xiàn)上信號(hào)延遲時(shí)間的兩倍寬度，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和線(xiàn)間距離有關(guān)。當(dāng)兩條信號(hào)線(xiàn)不長(zhǎng)時(shí)，AB實(shí)際上看到了兩個(gè)脈沖的迭加。

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)字電路是迭加100~200mv噪聲，不影響其工作。如果圖中的AB線(xiàn)是一個(gè)模擬信號(hào)，則此干擾將變得不可容忍。如果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(xiàn)的反面為大面積地面時(shí)，信號(hào)之間的交叉干擾將減少。原因是大面積地面降低了信號(hào)線(xiàn)的特性阻抗，D端信號(hào)的反射大大降低。特性阻抗與信號(hào)線(xiàn)與地面介質(zhì)介電常數(shù)的平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對(duì)數(shù)成正比。如果AB線(xiàn)是一個(gè)模擬信號(hào)，為了避免數(shù)字電路信號(hào)線(xiàn)CD對(duì)AB的干擾，AB線(xiàn)下應(yīng)有大面積地面，AB線(xiàn)與CD線(xiàn)的距離應(yīng)大于AB線(xiàn)與地面距離的2~3倍。局部屏蔽地面，在引結(jié)的的左右兩側(cè)。

(4)降低電源噪聲：

在向系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，電源還將其噪聲添加到電源上。微控制器的復(fù)位線(xiàn)、中斷線(xiàn)和其他控制線(xiàn)最容易受到外部噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過(guò)電源進(jìn)入電路，即使是電池供電系統(tǒng)，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號(hào)無(wú)法承受電源的干擾。

(5)注意印刷線(xiàn)板及部件的高頻特性：

在高頻條件下，印刷電路板上的導(dǎo)線(xiàn)、過(guò)孔、電阻、電容、接頭的分布電感和電容不容忽視。電容的分布電感不容忽視，電感的分布電容不容忽視。電阻反射高頻信號(hào)，導(dǎo)線(xiàn)的分布電容會(huì)起作用。當(dāng)長(zhǎng)度大于噪聲頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的1/20時(shí)，會(huì)產(chǎn)生天線(xiàn)效應(yīng)，噪聲會(huì)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)向外發(fā)射。

印刷電路板的過(guò)孔約為0.6pf。

2~6pf電容引入集成電路本身的包裝材料。

電路板上的連接器具有520nH的分布電感。雙列直扦24引腳集成電路扦插座引入4~18nH的分布電感。

這些小較低頻率的微控制器系統(tǒng)中，這些小分布參數(shù)可以忽略不計(jì)；高速系統(tǒng)必須特別注意。

(6)元件布置要合理劃分：

印刷電路板上部件的位置應(yīng)充分考慮抗電磁干擾。原則之一是各部件之間的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)盡可能短。在布局上，模擬信號(hào)部分、高速數(shù)字電路部分、噪聲源部分（如繼電器、大電流開(kāi)關(guān)等）應(yīng)合理分離，以最小化相互信號(hào)耦合。

(7)處理接地線(xiàn)：

在印刷電路板上，電源線(xiàn)和接地線(xiàn)是最重要的。克服電磁干擾的主要方法是接地。

對(duì)于雙面板，特別注意地線(xiàn)布置。通過(guò)采用單點(diǎn)接地法，電源和地面從電源兩端連接到印刷電路板，電源為一個(gè)接頭，地面為一個(gè)接頭。在印刷電路板上，應(yīng)有多條返回電路線(xiàn)，這些將聚集在返回電源的接頭上，即所謂的單點(diǎn)接地。所謂的模擬地面。數(shù)字地面。大功率設(shè)備的開(kāi)放點(diǎn)是指分離布線(xiàn)，最終聚集在這個(gè)接地點(diǎn)。屏蔽電纜通常用于連接印刷電路板以外的信號(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)重的電路別嚴(yán)重的電路。

(8)用好去耦電容：

一個(gè)好的高頻去耦電容器可以去除高達(dá)1GHZ的高頻組件。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)印刷電路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源應(yīng)在地面之間添加一個(gè)去耦電容器。去耦電容器有兩個(gè)功能：一方面是集成電路的蓄能電容器，提供和吸收集成電路開(kāi)關(guān)時(shí)的充放電能；另一方面，該設(shè)備的高頻噪聲從旁路中消失。數(shù)字電路中典型的0.1uf去耦電容器具有5nH分布電感，并行共振頻率約為7mhz，即對(duì)10mhz以下的噪聲具有良好的去耦效果，對(duì)40mhz以上的噪聲幾乎無(wú)效。

1uf，10uf電容器，并行共振頻率在20mHz以上，去除高頻噪聲效果更好。在電源進(jìn)入印刷板的地方，去除1uf或10uf的高頻電容器往往是有益的，即使是電池供電系統(tǒng)也需要這個(gè)電容器。

每10個(gè)左右的集成電路應(yīng)添加一個(gè)充放電容器，或稱(chēng)為儲(chǔ)放電容器。電容器的大小可選為10uf。最好不要使用電解電容器。電解電容器由兩層溥膜卷起。這種卷曲結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。最好使用膽電容器或聚碳酸醞釀容器。

去耦電容值的選擇不嚴(yán)格，可按C=1/F計(jì)算；即10mHz取0.1uf，微控制器組成的系統(tǒng)可以在0.1~0.01uf之間。

3.減少噪聲和電磁干擾的經(jīng)驗(yàn):

(1)如果可以使用低速芯片，則不需要高速芯片。高速芯片用于關(guān)鍵場(chǎng)所。

(2)可采用串聯(lián)電阻的方法，降低控制電路上下沿跳變率。

(3)盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

(4)使用滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的最低頻率時(shí)鐘。

(5)時(shí)鐘產(chǎn)生器應(yīng)盡可能接近使用時(shí)鐘的設(shè)備。石英晶體振蕩器外殼應(yīng)接地。

(6)用地線(xiàn)圈時(shí)鐘區(qū)，時(shí)鐘線(xiàn)盡量短。

(7)I/O驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能靠近印刷板，以便盡快離開(kāi)印刷板。進(jìn)入印刷板的信號(hào)應(yīng)添加濾波器，從高噪聲區(qū)域的信號(hào)也應(yīng)添加濾波器。同時(shí)，通過(guò)串聯(lián)終端電阻減少信號(hào)反射。

(8)MCD無(wú)用端應(yīng)連接高度，或接地，或定義為輸出端，集成電路上應(yīng)連接電源端，不得懸掛。

(9)不要懸掛閑置的門(mén)電路輸入端，正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端。

(10)印刷板盡量使用45折線(xiàn)而不是90折線(xiàn)布線(xiàn)，以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和耦合。

(11)印刷板按頻率和電流開(kāi)關(guān)特性劃分，噪聲元件與非噪聲元件之間的距離較遠(yuǎn)。

(12)單面板和雙面板采用單點(diǎn)電源和單點(diǎn)接地。電源線(xiàn)。地線(xiàn)應(yīng)盡可能粗。如果經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)得起，應(yīng)使用多層板來(lái)減少電源和地面的容生電感。

(13)時(shí)鐘.總線(xiàn).片選信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離I/O線(xiàn)和接插件。

(14)模擬電壓輸入線(xiàn)。參考電壓端應(yīng)盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線(xiàn)，尤其是時(shí)鐘。

(15)對(duì)于A/D設(shè)備，數(shù)字部分和模擬部分寧愿統(tǒng)一也不愿交叉。

(16)時(shí)鐘線(xiàn)垂直于I/O線(xiàn)，干擾小于平行I/O線(xiàn)，時(shí)鐘元件引腳遠(yuǎn)離I/O電纜。

(17)元件引腳盡量短，去耦電容引腳盡量短。

(18)關(guān)鍵線(xiàn)應(yīng)盡可能粗，并在兩側(cè)增加保護(hù)區(qū)。高速線(xiàn)應(yīng)短而直。

(19)對(duì)噪聲敏感的線(xiàn)路不應(yīng)與大電流、高速開(kāi)關(guān)線(xiàn)平行。

(20)不要在石英晶體和對(duì)噪聲敏感的設(shè)備下接線(xiàn)。

(21)弱信號(hào)電路，低頻電路周?chē)鸁o(wú)電流環(huán)路。

(22)任何信號(hào)都不能形成環(huán)路，如不可避免，讓環(huán)路區(qū)盡可能小。

(23)每個(gè)集成電路都有一個(gè)去耦電容器。每個(gè)電解電容器旁邊應(yīng)添加一個(gè)小的高頻旁路電容器。

(24)電路充放電儲(chǔ)能電容采用大容量鉭電容或聚酷電容，無(wú)電解電容。使用管狀電容時(shí)，外殼應(yīng)接地。