单片机测控系统电路的抗干扰措施简介

　　引言

　　单片机测控系统的电路因此较复杂，在运作的过程中会产生许多的干扰，而产生这些干扰的原因很多。接下来就为大家介绍几种常用的抗干扰措施。

　　1 切断干扰的传播途径

　　1.1 增加距离法

　　增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把他们隔离或者在敏感器件加上屏蔽罩。

　　1.2 合理分隔法

　　电路板合理分区，将强信号、弱信号、模拟信号、数字信号、电路合理地分区域布置。

　　1.3 分开布线法

　　大功率器件和单片机的地线要单独接地，以减小互相干扰。大功率器件则尽可能布置在电路板的边缘。

　　1.4 隔离时钟区法

　　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。

　　1.5 关键处使用抗干扰原件

　　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，可显着提高电路的抗干扰性能。

　　2 采用抗干扰性能强的单片机

　　2.1 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，这使得电源噪声穿过整个硅片。改进方法是，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。

　　2.2 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。实践证明，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。

　　2.3 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。

　　3 频率抖动技术

　　虽然将频率拉动信号叠加到输入信号的随机噪声上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。

　　4 防漏电技术

　　使用智能化单片机测控系统，应当尽量在清洁、干燥、通风、温度适宜的环境，因为系统一旦受潮，导致绝缘电阻下降，会产生漏电流。轻则使测量误差增大，控制不灵；重则会造成适中故障，损坏元器件。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。

　　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两种：无源滤波器，有源滤波器。

　　5.1 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双T滤波器。

　　5.2 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。

　　6 隔离技术

　　所谓隔离技术，就是将噪声源与信号线相互隔离开。在单片机系列中经常采用光耦合器来实现传感器与输入通道的隔离、I/O接口的隔离及内部电路的隔离。此外，光电隔离技术也用在远距离传输信号中。一种采用光电隔离技术的网络通信接口电路如下图所示。

　　7 选择正确的接地点

　　设计整机电路时应根据技术条件和实际情况来决定究竟是浮地还是接地，需要采用哪种地线，选择单点接地还是多点接地。

　　8 传输线上的干扰抵制

　　传输线宜选用双绞线或同轴电缆屏蔽线，尽管双绞线的频带较窄，但其波阻抗高，抗共模干扰能力强，双绞线上的每个小环路的电磁感应用干扰能相互抵消，并且其分布电容较大，可起到积分电容的效果，因此对电磁场具有一定的抵制作用。使用长传输线时需要注意阻抗匹配问题。否则传输线上会产生反射波，造成信号失真。

　　9 消噪电路

　　带隙基准电压源是一种作为电压基准的高稳定度电压源，目前正广泛用于数字仪表、智能仪器及测试系统中。在基准电压输出端并联一只0.1UF的消噪电容，能滤除高频噪声。

　　当电路的输出状态维持不变时允许加到输入端的噪声电压值，称为电压噪声容限。噪声容限愈高，说明器件的抗干扰能力，应尽量CMOS电路来代替TTL电路。CMOS电路的噪声容限可达电源电压的40%,而TTL电路大约只有电源电压的16%。

　　10 传感器的屏蔽

　　在工业现场使用集成温度传感器时，很容易引入干扰。为提高信噪比，可以给传感器加上屏蔽。有些温度传感器，采用TO-52型金属壳封装，并且专有一个管脚接管壳。使用时将此脚接地，即可由管壳起来屏蔽作用。对于塑料封装的集成温度传感器，必要时可用薄铜管做外屏蔽，把传感器装入后再用环氧树脂封固，二者保持绝缘。这种全密封式传感器特别适合测量液体和蒸气的温度。

　　11 塑料机的屏蔽

　　目前，以其造型美观，携带轻便等优点，ABS工程逆料制成的塑料机箱深受人们的青睐。为使机箱具有屏蔽作用，一般使用喷涂、真空、沉积等方法在机箱内表面覆盖一层导电膜。同时，也可以自己加工屏蔽层，在机箱内表面粘粘一层铝箔，再与公共地连通。

　　12 电源即耦电容

　　单片机测控系统中，通常许多电路都共用一个直流电源。这就使得电源线不在各电路之间引入干扰，成为一个实际上很难做到的事，因为直流电源的内阻抗和电源引线的交流阻抗不可能为零。而利用退耦电容不仅能降低直流电源的内阻抗，还能避免各电路之间通过电源线相互干扰。

　　解决办法是在印制板电源进线端并联一只10UF~100UF钽电容进行电源退耦，同时在每个芯片的电源进线端再并联一只高频、低分布的电感的陶瓷电容，容量一般取0.1UF，当频率超过15MHZ时，可取0.01JF，电路如图所示。

　　13 结语

　　以上的众多方法都可以有效解决单片机测控系统电路产生的干扰问题。