抗干扰技术总结2009-12-26 16:45:031、概述电磁兼容性设计（EMC：electromagnetic compatibility）包括如下含义：1.设备或系统具有抵抗给定电磁干扰的能力；2. 设备或系统具有不产生超过限度的电磁干扰的能力。

干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。

如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。

（2）传播路径，指干扰从干扰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，指容易被干扰的对象。

如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

干扰耦合传播途径：传导干扰；辐射干扰。

抗干扰设计的基本原则：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。

主要手段：接地；屏蔽和隔离；滤波和吸收。

2、干扰耦合途径2.1 传导耦合传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。

传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备，产生电磁干扰。

按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合。

在开关电源中，这三种耦合方式同时存在，互相联系。

⑴电路性耦合电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。

其又有以下几种：①直接传导耦合导线经过存在骚扰的环境时，即拾取骚扰能量并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。

②共阻抗耦合由于两个以上电路有公共阻抗，当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是共阻抗耦合。

形成共阻抗耦合骚扰的有：电源输出阻抗、接地线的公共阻抗等。

⑵电容性耦合电容性耦合也称为电耦合，由于两个电路之间存在寄生电容，使一个电路的电荷通过寄生电容影响到另一条支路。

⑶电感性耦合电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。

2.2 辐射耦合通过辐射途径造成的骚扰耦合称为辐射耦合。

辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能量从骚扰源经空间传输到接受器。

通常存在四种主要耦合途径：天线耦合、导线感应耦合、闭合回路耦合和孔缝耦合。

⑴天线与天线间的辐射耦合在实际工程中，存在大量的无意电磁耦合。

例如，开关电源中长的信号线、控制线、输入和输出引线等具有天线效应，能够接收电磁骚扰，形成无意耦合。

⑵电磁场对导线的感应耦合开关电源的电缆线一般是由信号回路的连接线、功率级回路的供电线以及地线一起构成，其中每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回导线构成一个回路。

因此，电缆线是内部电路暴露在机箱外面的部分，最易受到骚扰源辐射场的耦合而感应出骚扰电压或骚扰电流，沿导线进入设备形成辐射骚扰。

⑶电磁场对闭合回路的耦合电磁场对闭合回路的耦合是指回路受感应最大部分的长度小于四分之一波长。

在辐射骚扰电磁场的频率比较低的情况下，辐射骚扰电磁场与闭合回路的电磁耦合。

⑷电磁场通过孔缝的耦合电磁场通过孔缝的耦合是指辐射骚扰电磁场通过非金属设备外壳、金属设备外壳上的孔缝、电缆的编织金属屏蔽体等对其内部的电磁骚扰。

3、方法总结（一）从基本原则出发，抗干扰措施如下3.1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。

这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。

减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。

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现。

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，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。

仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继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）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。

（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，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，减少高频噪声发射。

（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。

3.2切断干扰传播路径按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。

高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。

电源噪声的危害最大，要特别注意处理。

所谓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。

切断干扰传播路径的常用措施如下：（1）充分考虑电源对单片机的影响。

电源做得好，整个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,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。

比如，可以利用磁珠和电容组成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口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。

控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。

（3）注意晶振布线。

晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。

此措施可解决许多疑难问题。

（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。

尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。

（5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。

A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。

（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。

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，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。

3.3 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，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）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。

（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。

除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。

（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，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）对单片机使用电源监控及看门狗电路，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。

4、方法总结（二）从主要手段出发，常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

4.1 接地所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元件连接到某些叫作"地"的参考点上。

换一种说法就是：信号电流流回信号源的低阻抗路径。

接地的主要目的如下：提供公共参考0电位，防止外界电磁干扰，保证安全工作。

地线的阻抗是指交流状态下的接地线呈现的阻抗，并不是一般意义上的电阻。

主要分为三种：工作地、保护地、屏蔽地。

接地抗干扰技术的主要内容，其一是避开地环电流的干扰；其二是降低公共地线阻抗的耦合干扰。

“一点接地”有效地避开了地环电流；而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施；它们是工业控制系统采用的最基本的接地方法。

在电路系统设计中应遵循"一点接地"的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现"一点接地"。

因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。

为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。

在实际电路系统中，要避免低频电路、高频电路、数字电路、模拟电路、小功率电路、强功率电路共用地线，应分别将单独连接后，再连接到公共参考点上。

同类型电路可以串联单点接地，不同类型并联单点接地。

公共参考点作为大地，按照国家标准，要埋设一个不大于4Ω的独立接地体。

注意串联接地时，由于地线存在电阻，各个电路间相互发生干扰。

尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路。

如果必须要这样使用，应当尽力减小公共地线的阻抗，使其能达到系统的抗干扰容限要求。

串联的次序是，最怕干扰的电路的地接近地点，而最不怕干扰的电路的地应当接远地点。

但不同类型电路要使用并联接地方式。

并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。

因此，有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题。

值得注意的是，虽然采用了并联接地方式，但是地线仍然要粗一些，以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小。

这样，当各个部件之间有信号传送时，地线环流干扰将减小。

举例如下图：3.2屏蔽和隔离采用屏蔽技术可以有效地抑制电磁辐射干扰，即用电导率良好的材料对电场屏蔽，用磁导率高的材料对磁场屏蔽。

屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出该内部区域，二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。

a. 电场耦合的屏蔽和抑制技术造成电场耦合干扰的原因是两根导线之间的分布电容产生的耦合。

最简单的方法是采用远离技术：弱信号线要远离强信号线敷设，尤其是远离动力线路。

工程上的“远离”概念，通常取干扰导线直径的40倍，即认为足够了。

同时，避免平行走线也很有效。

克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽。

因为放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响。

请注意，屏蔽电场耦合干扰时，导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用。

因在有地环电流时，这将在屏蔽层形成磁场，干扰被屏蔽的导线。

正确的作法是把屏蔽层单点接地，一般选择它的任一端头接地。

b. 磁场耦合的抑制技术抑制磁场耦合干扰的好办法应该是屏蔽干扰源。

大电机、电抗器、磁力开关和大电流载流导线等等都是很强的磁场干扰源。

但把它们都用导磁材料屏蔽起来，在工程上是很难做到的。

如金属和铁之类导磁率高的材料才能在极低频率下达到较高屏蔽效率。

这些材料的导磁率会随着频率增加而降低，另外如果初始磁场较强也会使导磁率降低，还有就是采用机械方法将屏蔽罩作成规定形状同样会降低导磁率。