单片机电路设计中的抗干扰措施

中心议题：单片机电路设计中的抗干扰措施
解决方案：采用金属膜电阻和低噪声的有源器件
在印制板电源进线端并联一只10UF~100UF钽电容进行电源退耦

1、切断干扰的传播途径
A、增加干扰源（如电机、继电器）与敏感器件（如单片机）的距离，用地线把他们隔离或者在敏感器件加上屏蔽罩。
B、电路板合理分区，将强信号、弱信号、数字信号、模拟信号电路合理地分区域布置。
C、单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小互相干扰。大功率器件要尽可能布置在电路板的边缘。
D、在单片机I/O口，电路板连接线等关键地方，使用抗干扰元件可显著提高电路的抗干扰性能。
E、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。

2、尽量采用抗干扰性能强的单片机
A、降低单片机内部的电源噪声
在传统的数字集成电路设计中，通常将电源端和地端分别布置在对称的两边。例如左下角为地，左上角为电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进方法将单片机的电源和地安排在两个相邻的引脚上，这样不仅降低了穿过整个硅片的电流，还便于印制板上设计电源退耦电容，以降低系统噪声。
B、降低时钟频率
单片机测控系统的时钟电路是一个调频噪声源，它不仅能干扰本系统，还对外界产生干扰，使其他系统的电磁兼容检测不能达标。在保证系统可靠性的前提下，选用时钟频率低的单片机可降低系统的噪声。以8051单片机为例，当最短指令周其为1US时，时钟是12MHZ。而同样速度的MOTOROLA兼容单片机的厂商在不牺牲运算速度的前提下，将时钟频率降低到原来的1/3。特别是MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机、内部采用了锁相倍频技术，将外部时钟除至32KHZ，而内部总线速度却提高到8MHZ，甚至更高。
C、EFT技术
随着超大规模集成电路的发展，单片机内部的抗干扰技术也在不断进步。MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机，采用EFT技术进一步提高了单片机的抗干扰能力，当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。若以施密特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。但是交替使用施密电路和RC滤波可以使这类毛刺不起作用，这就是EFT技术。

3、单片机测控系统中的频率抖动技术
将频率拉动信号叠加到输入信号的随机噪声上，虽然会增加转换的总噪声，但增加的噪声是用来补偿输出数码量化噪声的，可使量化误差不再输入信号的函数而是抖动噪声瞬时值的函数。因此，利用频率颤抖信号可去除量化噪声与输入信号之间的相关性。频率拉动信号的大小通常约为1/3LSB有效值。例如，在未加频率拉动的情况下，ADC输出的量化噪声是瞬时输入信号幅度的函数，量化拉动之后，因抖动信号的幅度不依赖于输入信号，故量化噪声与输入信号无关，从而消除了ADC输出谐波分量，但这是以增加总噪声为代价的。需要指出的是，并不一定在ADC输入端实际施加颤抖噪声，也可利用地转换器的热噪声作为频率抖动信号，但ADC要有足够的输出位数以确保能够去除输入信号与量化噪声的相关性。

4、防止漏电流的技术
应当在清洁、干燥、通风、环境温度适宜的条件下使用智能化单片机测控系统。系统受潮后导致绝缘电阻下降，会产生漏电流。轻测使测量误差增大，控制不灵；重则会造成适中故障，损坏元器件。例如，当印制板受潮时，A/D转换器输入阻抗下降，读数不准，并且伴有跳数现象。这也是一些数字电压表在雷雨季节无法正常工作的主要原因。对于受潮的印制板，可用无水酒精擦净表面，然后用电吹风烘干，以消除漏电。
有些精密集成电路，专门设置了防止极间漏电用的保护环。例如由美国哈里斯公司生产的ICL7650型斩波自稳零式精密运算放大器，HI7195A型带微处理器的5 1/2位A/D转换器，均设置了两个保护环引出端。设计电路时将两个保护环接地，即可消除印制板上轻微漏电对测量所造成的影响。

5、滤波技术
滤波是指从混有干扰或噪声的信号中获取有用信号的方法，能实现上述功能的部件叫滤波器。在数字仪表中常见的滤波器主要有三种：无源滤波器，有源滤波器，数字滤波器。
A、无源滤波器
无源滤波器是由R、L、C元件构成的，根据干扰信号的特点，可选低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。此外还有带阻滤波器等类型。对于50HZ电磁场干扰，可在测控系统输入端加一级双T滤波器。
B、有源滤波器
有源滤波器是包含有源器件（例如晶体管、运算放大器）的各种滤波器。与单纯使用R、L、C元件的无源滤波器相比，能省去体积庞大的电感元件，便于实现小型化、集成化。有源滤波器适用于较低频率的滤波。二阶有源带通滤波器的典型电路参见下图。