(5)其它:半周内的停电或者过欠压。
过压、欠压、停电的危害是显而易见的,解决的办法是使用各种稳压器、电源调节器,对付暂短时间的停电则配置不间断电源(UPS)。
浪涌与下陷是电压的快变化,如幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大(10%~15%),直接使用不一定会毁坏系统,但由于电源系统中接有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器,往往会在这些变化点附近产生振荡,使得电压忽高忽低。如果有连续几个10%~15%的浪涌或下陷,由此造成的振荡能产生30%~40%的电源变化,而是系统无法工作,解决的办法是使用快速响应的交流电源稳压器。
尖峰电压持续时间很短,一般不会毁坏系统,但对单片机系统正常运行危害很大,会造成逻辑功能紊乱,甚至冲坏源程序。解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器、参数稳压器或超隔离变压器。
射频干扰对单片机系统影响不大,一般加接2~3节低通滤波器既可解决。
14.2.2
供电系统的抗干扰设计单单一台高质量的电源不足以解决干扰和电压波动问题的,必须完整地设计整个电源供电系统。
逻辑电路是在低电压、大电流下工作,电源的分配就必须引起注意,譬如一条0.1Ω的电源线回路,对于5A的供电系统,就会把电源电压从5V降到4.5V,以至不能正常工作。另一方面工作在极高频率下的数字电路,对电源线有高频要求,所以一般电源线上的干扰是数字系统最常出现的问题之一。
电源分配系统首要的就是良好的接地,系统的地线必须能够吸收来自所有电源系统的全部电流。应该采用粗导线作为电源连接线,地线应尽量短而直接走线;对于插件式线路板,应多给电源线、地线分配几个沿插头方向均匀分布的插针。
在单片机系统中,为了提高供电系统的质量,防止窜入干扰,建议采用如图14-2的形式。
所示的供电配置和如下措施:
(1)交流近线端加交流滤波器,可滤掉高频干扰,如电网上大功率设备启停造成的瞬间干扰。滤波器市场上的产品有一级、二级滤波器之分,安装时外壳要加屏蔽并良好接地,进出线要分开,防止感应和辐射耦合。低通滤波器仅允许50Hz交流电通过,对高频和中频干扰有良好的衰减作用。
(2)要求高的系统加交流稳压器。
(3)采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。
(4)采用集成稳压块两级稳压。目前市场上集成稳压块有许多种,如提供正电源的7805、7812、7820、7824以及提供负电压的79系列稳压块,它们内部是多级稳压电路,采用两级稳压,效果好。例如主机电源先用7809稳到9V,再用7805稳到5V。
(5)直流输出采用大容量电解电容进行平滑滤波。
(6)交流电源线与其他线尽量分开,减少再度耦合干扰。如滤波器的输出线上干扰已减少,应使其与电源进线级滤波器外壳保持一定距离,交流电源线与直流电源线即信号线分开走线。
(7)电源线与信号线一般都通过地板下面走线,而且不可把两线靠得太近或互相平行,以减少电源信号线的影响。
(8)在每块印刷版的电源与地之间并接退耦电容。即5~10μF的电解电容和一个0.01~1.0μF的电容,以消除直流电源与地线中的脉冲电流所造成的干扰。
14.3 过程通道干扰的抑制措施--隔离
过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。
14.3.1
光电隔离的基本配置采用光电耦合器可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系,能有效地防止干扰从过程通道进入单片机。其原理如图14-3所示。
光电耦合的主要优点是能有效抑制尖峰脉冲以及各种噪声干扰,从而使过程通道上的信噪比大大提高。
14.3.2
光电隔离的实现一、ADC、DAC与单片机之间的隔离
对CPU数据总线进行隔离是一种十分理想的方法,全部I/O端口均被隔离。但是,由于在CPU数据总线上是高速(μS级)双向传输,这就要求频率响应为MHz级的隔离器件,而这种器件目前较难买到,价格较高。因此,这种方法采用的不多。