对于防止单片机系统过程通道中干扰的探讨

1 引言

干扰一般是以随机出现的脉冲形式进入单片机系统的，主要来自电网上和系统内负载突变形成的交变磁场和电场耦合系统内部，形成尖峰脉冲电势或电流叠加到某些芯片的数据线、地址线或控制线上，从而扰乱输入信号，破坏某些器件的工作状态。干扰窜入单片机系统的渠道主要有两条：空间场干扰 (通过电磁波感应窜入系统)和过程通道干扰。一般来讲，空间干扰在强度上远小于过程通道干扰，而且空间干扰可用良好的屏蔽、正确的接地方法以及采取必要的软硬件滤波加以解决。这里只就过程通道的防止干扰设计进行探讨。

2 过程通道的抗干扰设计

就过程通道而言，由于它直接与外部设备相连，因此无论是数字量的输入输出通道，还是模拟量的输入输出通道，都是干扰窜入渠道。要截断这条渠道，一是要去掉外部设备与过程通道之间的公共地线，实现彼此电隔离；二是要合理设计元器件的布局和它们之间的走线，减小电路和分布电容、杂散电磁场，抑制各种干扰噪声的产生。

3 数字量通道的抗干扰设计

由于数字量(开关量)的状态只有两个，叠加在数字信号上的干扰只有幅度和宽度都达到一定量值时才能起作用，因此在硬件设计中应突出考虑隔离问题。

3.1开关量输入

对于开关量输入(包括数字信号)，最有效的办法是采用光电隔离措施和增加必要的电路，将供电电源与主机电源分开独立使用。

3.1.1 直流输入

直流输入电路示于图1。由图中可见，输入电路与单片机应用系统主机采用不同电源供电，使两部分电路完全隔开，信号在光耦合器中是以光来传递的。

光耦合器的传递特性是：在输入端发光管通以电流IF大约2μs以后，输出三极管才导通。这样，小于1μs的干扰信号就不能通过光耦合器有效地传输。另外，在输入电路结构上还可以采用常规的方法来抑制干扰，比如在输出级加π型滤波网络，其网络幅频特征曲线如图2所示。

在直流输入的数字量接口中，主要是通过光耦合来隔离主机与外部的干扰信号，并在接口电路上想办法来抑制干扰。

3.1.2 交流输入

交流输入一般是先把交流整流成直流，然后经滤波降压送入直流电路中（图3）。另外，现已有双向光耦合器问世，它将使电路更为简单可靠（图4）。