1 系統(tǒng)外部騷擾源抗干擾設(shè)計
系統(tǒng)外部騷擾源主要有以下幾種類型：
(1)高壓回路中操作隔離開關(guān)及斷路器引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。
(2)高壓裝置產(chǎn)生的工頻電場和磁場。
(3)接地系統(tǒng)中的短路電流引起的電壓升高。
(4)雷電引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。
(5)低壓設(shè)備分合操作引起的快速瞬變干擾。
(6)靜電放電干擾。
(7)設(shè)施內(nèi)部其他電氣或電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻傳導(dǎo)和輻射騷擾。
1．1 防靜電放電(ESD)干擾
作為設(shè)備的外殼端口，任何暴露部分都可能發(fā)生靜電放電。常見的情況是在鍵盤、控制部件、外界電纜等部位或在直接接觸的金屬構(gòu)件表面發(fā)生靜電放電。靜電向附近導(dǎo)體(可以是設(shè)備本身的非接地金屬板)放電會產(chǎn)生很大的局部瞬態(tài)電流，這個電流通過電感或公共阻抗耦合到設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果感應(yīng)電流流過數(shù)字設(shè)備時，很可能使數(shù)字電路發(fā)生誤動作。靜電放電保護措施有：設(shè)備全部采用塑料外殼；面板使用覆膜按鍵；機箱良好接地。一般來說，只要注意接地及機箱結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝置就能夠順利通過靜電放電干擾試驗。
1．2 防輻射電磁場干擾
輻射電磁場干擾對集成電路型裝置影響較大，但是，輻射電磁場干擾對本裝置影響較小。很多是由于開關(guān)電源在施加輻射電磁場干擾時不能夠穩(wěn)壓引起的。該裝置并沒有采用開關(guān)電源，在輻射電磁場干擾措施上只采取了在機殼內(nèi)部覆蓋鋁膜的方法，通過了1 V／m、3 V／m及10 v／m 3種場強等級的試驗。
1．3 抗1 MHz和100 kHz衰減振蕩波干擾
1 MHz和100 kHz衰減振蕩波干擾主要是模擬變電站的高壓母線的開關(guān)操作出現(xiàn)隔離刀閘的合、分操作引起的陡波瞬態(tài)，屬于“阻尼振蕩瞬態(tài)脈沖群(阻尼振蕩波)”。1 MHz和100 kHz脈沖群干擾通過傳導(dǎo)、電容耦合及磁場耦合等方式影響裝置。只要在各個電源、信號及控制線端口對大地加入耐壓值較高的0.1μF或0.01μF解耦電容，構(gòu)成泄放回路，即可采用共模、差模兩種形式抑制該瞬態(tài)騷擾。
1．4 抗浪涌(沖擊)干擾
浪涌呈脈沖狀，其波前時間為數(shù)仙s，脈沖幅度從幾百V到幾萬V，是一種持續(xù)時間長、能量較強的干擾。浪涌干擾可能會影響電子設(shè)備的正常工作，甚至燒毀元器件。電子設(shè)備只能依靠過電壓保護或浪涌保護器件來抑制浪涌干擾，通過浪涌保護器件動作將浪涌電流泄放至大地。在電源接口采用了添加瞬態(tài)抑制二極管(TVS)的方法，取得了滿意的效果。
1．5 抗快速瞬變脈沖群干擾
瞬變干擾是電磁兼容試驗中最難通過的，新標(biāo)準(zhǔn)取消了2．5 kHz脈沖重復(fù)頻率，而增加了100 kHz脈沖重復(fù)頻率拉J，因此，新的標(biāo)準(zhǔn)把測試頻率提高，其本質(zhì)上也是提高了試驗的嚴格程度。瞬變干擾的起因有很多，如開關(guān)動作、電網(wǎng)故障、自然現(xiàn)象等。電源回路瞬態(tài)包括差模和共模兩種形式。差模尖峰電壓往往有較慢的上升時間和較高的能量，為了防止輸入電路損壞，對瞬變干擾采取以下措施：使所有外界接口在空間上相互靠近；采用光電耦合器隔離敏感信號接口；電源接口添加瞬態(tài)抑制二極管(TVS)。
1．6 試驗結(jié)果
實施以上措施后，根據(jù)IEC 61000標(biāo)準(zhǔn)進行了試驗，結(jié)果如表1所示。
雖然通過了大部分的電磁兼容試驗，但在快速瞬變脈沖群干擾試驗中出現(xiàn)了暫時眭的功能喪失。究其原因，是通過電源接口竄入的干擾。在電源端口加裝濾波器抑制30 MHz以下頻率范圍的噪聲，用鐵氧體磁性材料抑制高頻電磁干擾是經(jīng)濟簡便而有效的方法，如圖2所示。
插入損耗IL和抑制元件的阻抗有如下關(guān)系：
zs一源阻抗；ZL一負載阻抗；z一抑制元件的阻抗
圖2鐵氧體抑制元件應(yīng)用電路
由式(1)可知，在源阻抗和負載阻抗一定時，抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。在低頻端，鐵氧體損耗電阻較小，主要是感抗起作用；在高頻端，鐵氧體損耗起主要作用。低頻時，干擾信號被反射而受到抑制，在高頻端干擾信號被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。經(jīng)過改進，順利通過了抗快速瞬變脈沖群干擾試驗。
2 系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源抗干擾設(shè)計
2．1系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源
(1)公共電源。這是典型的傳導(dǎo)干擾源。由于電源內(nèi)阻不為零，尤其是在高頻頻段，電源除向設(shè)備提供有用的電能外，也提供了無用的成分。
(2)PCB板上的振蕩器、時鐘電路、地址總線的低位數(shù)據(jù)線等產(chǎn)生的周期信號是產(chǎn)生輻射最強的信號。
(3)芯片邏輯門的輸出狀態(tài)若發(fā)生變化，電源線和地線上會有電流突變(可能引起較強的電磁輻射)，因此電源線和地線上的電感可以引起PCB板上電源線和地線上的噪聲電壓。電源線和接地線會產(chǎn)生串?dāng)_和公共阻抗噪聲。
2．2 電源的抗干擾措施
主機電路與外圍電路采用不同的電源供電。分散的、獨立功能的模塊分別供電。每個模塊上可再分別通過三端穩(wěn)壓塊(7805、7812等)穩(wěn)壓。
2．3 電路板的抗干擾措施
印制電路板的布局與設(shè)計是否合理對系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，因為它是噪聲產(chǎn)生、傳播和吸收的關(guān)鍵部位。設(shè)計時應(yīng)注意以下事項：
(1)印制電路板的尺寸、布線與分區(qū)要合理。尺寸過大使銅皮走線過長，噪聲影響加大；過小則影響散熱，使平行布置的導(dǎo)線間的干擾加大。在布線時應(yīng)盡量減小線路所包圍的面積，以降低寄生耦合所產(chǎn)生的電磁干擾；同時注意避免出現(xiàn)大的環(huán)形，拐彎應(yīng)有弧度，用地線屏蔽信號線等。在設(shè)計電路板時，應(yīng)將模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)和功率驅(qū)動區(qū)合理分開，減少相互問的干擾。I／O驅(qū)動器件和功率放大器應(yīng)盡量靠近印制板的邊緣及引出的接插件。在印制電路板上，地線、電源線及重要的信號線要盡量粗，信號線的過孔要盡量少，噪聲敏感線不要與高速線和大電流線平行，從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波，每個IC元件要加一個去耦電容。印制電站板用的片狀濾波器，其引出線需套EMI吸收珠后再串接于需要抑制干擾的線路中。
(2)科學(xué)接地。在設(shè)計地線時首先應(yīng)將地線進行分類，對低頻電路采用一點接地，對高頻電路采用多點接地，同時數(shù)字電路與模擬電路應(yīng)分別接地；噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些，同時在每一個元件的電源輸入端與地之間接一去耦電容以濾去噪聲干擾，在重要的信號線兩側(cè)加上保護接地MΩ。地線、電源線要盡量粗，整個電路板要按照單點接電源、單點接地的原則送電。
(3)輸入／輸出的隔離與屏蔽要進行規(guī)劃。輸入／輸出信號可加上光電耦合器予以隔離，防止外圍器件動作產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路。
3 軟件抗干擾技術(shù)
除硬件的抗干擾設(shè)計外，軟件的抗干擾措施也能大大提高系統(tǒng)的防御能力，是防止和消除整個應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。在編制系統(tǒng)程序時主要采用了以下幾種軟件抗干擾技術(shù)：指令冗余、軟件陷阱、E2PROM中的數(shù)據(jù)保護及自動恢復(fù)、看門狗程序等。
4 結(jié)語
經(jīng)過一段時間的試運行，設(shè)備運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)誤動和計數(shù)混亂現(xiàn)象。通過對該設(shè)備的電磁兼容的研究，為設(shè)計在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的嵌人式系統(tǒng)提供了非常實用的參考依據(jù)。
