對于防止單片機系統過程通道中干擾的探討

1 引言

干擾一般是以隨機出現的脈沖形式進入單片機系統的，主要來自電網上和系統內負載突變形成的交變磁場和電場耦合系統內部，形成尖峰脈沖電勢或電流疊加到某些芯片的數據線、地址線或控制線上，從而擾亂輸入信號，破壞某些器件的工作狀態。干擾竄入單片機系統的渠道主要有兩條：空間場干擾 (通過電磁波感應竄入系統)和過程通道干擾。一般來講，空間干擾在強度上遠小于過程通道干擾，而且空間干擾可用良好的屏蔽、正確的接地方法以及采取必要的軟硬件濾波加以解決。這里只就過程通道的防止干擾設計進行探討。

2 過程通道的抗干擾設計

就過程通道而言，由于它直接與外部設備相連，因此無論是數字量的輸入輸出通道，還是模擬量的輸入輸出通道，都是干擾竄入渠道。要截斷這條渠道，一是要去掉外部設備與過程通道之間的公共地線，實現彼此電隔離；二是要合理設計元器件的布局和它們之間的走線，減小電路和分布電容、雜散電磁場，抑制各種干擾噪聲的產生。

3 數字量通道的抗干擾設計

由于數字量(開關量)的狀態只有兩個，疊加在數字信號上的干擾只有幅度和寬度都達到一定量值時才能起作用，因此在硬件設計中應突出考慮隔離問題。

3.1開關量輸入

對于開關量輸入(包括數字信號)，最有效的辦法是采用光電隔離措施和增加必要的電路，將供電電源與主機電源分開獨立使用。

3.1.1 直流輸入

直流輸入電路示于圖1。由圖中可見，輸入電路與單片機應用系統主機采用不同電源供電，使兩部分電路完全隔開，信號在光耦合器中是以光來傳遞的。

光耦合器的傳遞特性是：在輸入端發光管通以電流IF大約2μs以后，輸出三極管才導通。這樣，小于1μs的干擾信號就不能通過光耦合器有效地傳輸。另外，在輸入電路結構上還可以采用常規的方法來抑制干擾，比如在輸出級加π型濾波網絡，其網絡幅頻特征曲線如圖2所示。

在直流輸入的數字量接口中，主要是通過光耦合來隔離主機與外部的干擾信號，并在接口電路上想辦法來抑制干擾。

3.1.2 交流輸入

交流輸入一般是先把交流整流成直流，然后經濾波降壓送入直流電路中（圖3）。另外，現已有雙向光耦合器問世，它將使電路更為簡單可靠（圖4）。