如何提高電子產品的抗干擾能力和電磁兼容性

在研制帶處理器的電子產品時，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性？

一、下面的一些系統要特別注意抗電磁干擾：

1、微控制器時鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統。

2、系統含有大功率，大電流驅動電路，如產生火花的繼電器，大電流開關等。

3、含微弱模擬信號電路以及高精度A/D變換電路的系統。

二、采取以下措施提高系統的抗電磁干擾能力：

1.選擇低頻微控制器：

選擇外部時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲，提高系統的抗干擾能力。在相同頻率的方波和正弦波中，方波中的高頻成分遠遠超過正弦波。雖然方波高頻成分的波幅度小于基波，但頻率越高，越容易發射成為噪聲源。微控制器產生的最具影響力的高頻噪聲大約是時鐘頻率的三倍。

2.減少信號傳輸中的畸變：

微控制器主要采用高速CMOS技術制造。信號輸入端的靜態輸入電流約為1mA，輸入電容約為10PF。輸入阻抗相當高。高速CMOS電路的輸出端具有相當的承載能力，即相當大的輸出值，通過長線將門的輸出端導入輸入阻抗較高的輸入端。反射問題非常嚴重，會導致信號失真，增加系統噪聲。當Tpd>Tr時，它成為一個傳輸線問題，必須考慮信號反射和阻抗匹配。

信號在印刷板上的延遲時間與導線的特性阻抗有關，即與印刷電路板材料的介電常數有關。大致可以認為，信號在印刷板導線上的傳輸速度約為光速的1/3到1/2。由微控制器組成的系統中常用的邏輯電話元件的Tr(標準延遲時間)在3到18ns之間。

在印刷電路板上，信號通過7W電阻和25厘米長的引線，線路延遲時間約為4~20ns。也就是說，信號在印刷線上的引線越短越好，最長不應超過25厘米。而且過孔的數量要盡量少，最好不超過2個。

當信號上升時間快于信號延遲時，應根據快速電子學進行處理。此時，應考慮傳輸線路的阻抗匹配。對于印刷電路板上集成塊之間的信號傳輸，應避免TD>Trd。印刷電路板越大，系統速度越快。

印刷電路板設計的一條規則用以下結論來概括：

在印刷板上傳輸信號時，其延遲時間不得大于所用設備的標稱延遲時間。

3.減少信號線之間的交叉干擾：

A點的上升時間為Tr的階躍信號通過導線AB傳輸到B端。AB線上信號的延遲時間為TD。在D點，由于A點信號的向前傳輸，到達B點后的信號反射和AB線的延遲會在TD時間后感知一個寬度為Tr的頁面脈沖信號。在C點，由于AB上信號的傳輸和反射，一個寬度將是AB線上信號延遲時間的兩倍，即2TD的正脈沖信號。這是信號之間的交叉干擾。干擾信號的強度與C點信號的di/at以及線間的距離有關。當兩條信號線不是很長時，AB實際上看到兩個脈沖的疊加。

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。數字電路的噪聲為100~200mv，不影響其工作。如果圖中的AB線是一個模擬信號，這種干擾將變得不可容忍。例如，印刷電路板為四層板，其中一層為大面積地面或雙面板。當信號線的反面為大面積地面時，信號之間的交叉干擾將變小。原因是大面積地面降低了信號線的特性阻抗，大大降低了信號在D端的反射。特性阻抗與信號線與地面之間介質的介電常數平方成反比，與介質厚度的自然對數成正比。如果AB線是第一個模擬信號，為了避免數字電路信號線CD對AB的干擾，AB線下應有大面積的地面，AB線與CD線之間的距離應大于AB線與地面之間距離的2~3倍。地線可以局部屏蔽，地線可以分布在引結的一側。

4.減少來自電源的噪音：

在向系統提供能量的同時，電源還向電源添加噪聲。電路中微控制器的復位線、中斷線和其他控制線最容易受到外部噪聲的干擾。電網上的強干擾通過電源進入電路。即使在電池供電的系統中，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號無法承受來自電源的干擾。

5.注意印刷線板和元件的高頻特性：

在高頻條件下，電路板上的引線、過孔、電阻、電容和連接器的分布電感和電容不容忽視。電容器的分布電感不容忽視，電感器的分布電容也不容忽視。當長度大于相應噪聲頻率波長的1/20時，電阻產生高頻信號反射，引線的分布電容將起作用，產生天線效應，噪聲通過引線向外發射。

印刷電路板的穿孔大約會導致0.6pf的電容。

2~6pf電容引入集成電路本身的包裝材料。

電路板上的接插件具有520nH的分布電感。一個24引腳集成電路切割的雙列直切，引入4~18nH的分布電感。

這些較小的分布參數在這一行的微控制器系統中可以忽略不計；而且對于高速系統一定要特別注意。

6.合理分區元件布置：

應充分考慮元件在印刷電路板上的位置。原則之一是各部件之間的導線應盡可能短。在布局上，應合理分離模擬信號部分、高速數字電路部分和噪聲源部分（如繼電器、大電流開關等），以最大限度地減少信號耦合。

7.處理好接地線：

電源線和地線是印刷電路板上最重要的?？朔姶鸥蓴_的主要手段是接地。

對于雙面板，接地線的布局特別精致。通過單點接地法，電源和接地從電源的兩端連接到印刷電路板，電源有一個連接點，地面有一個連接點。在印刷電路板上，應該有多個返回接地線，這在返回電源的連接點上，即所謂的單點接地。所謂的模擬接地。數字接地。大功率設備接地開分，是指接線分離，最終收集到該接地點。屏蔽電纜通常用于連接印刷電路板外的信號。對于高頻和數字信號，屏蔽電纜的兩端都接地。低頻模擬信號屏蔽電纜，一端接地良好。

對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路應采用金屬蓋屏蔽。

8.使用好去耦電容：

一個好的高頻去耦電容器可以去除高到1GHZ的高頻成分。陶瓷電容器或多層陶瓷電容器具有良好的高頻特性。在設計和打印電路板時，應在每個集成電路的電源和地面之間增加一個去耦電容。去耦電容有兩個功能：一方面是集成電路的儲能電容，提供和吸收集成電路開啟和關閉時的充放電能量；另一方面，設備的高頻噪聲會從旁路上消失。數字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容具有5nh分布電感，其平行共振頻率約為7mHz，即對10mHz以下的噪聲具有良好的去耦效果，對40mHz以上的噪聲幾乎不起作用。

1uf，10uf電容，并行共振頻率在20mhz以上，最好去除高頻噪聲。即使是使用電池供電的系統也需要這種電容，這通常有利于電源進入印刷板和1uf或10uf的高頻電容。

每10個集成電路應添加一個充放電電容器，或稱為存儲和放電電容器。電容的大小可以是10uf。最好不要使用電解電容器。電解電容器由兩層薄膜卷起。這種卷曲結構在高頻時具有電感。最好使用膽汁電容器或聚碳酸醞釀電容器。

去耦電容值的選擇并不嚴格，可以按C=1/f計算；即10MHz取0.1uf，對于由微控制器組成的系統，取0.1~0.01uf。