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数字电子系统抗干扰分析与设计 摘要 在数字电路中干扰分析非常重要，是决定电路工作性能的关键因素，也是 我们在做实验前必须要进行的工作。该文主要从数字电路抗干扰设计的常用措 施入手，首先分析了电磁干扰的基本理论，重点阐述了电磁干扰源及其传输通 道的数学模型，以传导干扰和辐射干扰为例进行分析。并进一步强调了抑制传 导和辐射干扰的具体措施。其次分别从硬件和软件两方面来分析抗干扰措施， 硬件方面主要从器件使用中抗干扰措施、电路设计抗干扰措施、印制板电路抗 干扰措施三方面入手，重点分析了电路设计中抗干扰措施的三方面：接地技术、 滤波技术、隔离技术，并对其进行适当的展开分析。并且对p c b 抗干扰提出了 五项措施：线路板走线原则、合理设置去耦电容、特殊器件的处理、元器件的 布置、电磁兼容性措施：软件方面也从五方面来阐述，如数字滤波方法、输入 信号重复检测方法、输出端口数据刷新方法、软件拦截技术及“看门狗”技术， 其中重点介绍了数字滤波技术、软件看门狗技术。最后分析了数字电子系统装 配中一些抗干扰措施，如电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽，并结合装配中一 些实例来说明，如信号传输线的电磁屏蔽、接缝处理与通风散热孔的设计。虽 然数字电路抗干扰措施种类很多，但每项措施都有很强的针对性，所以在具体 应用中须根据实际情况来灵活采取措施，不能盲目随从，否则会适得其反。 关键词：数字电子系统；电磁兼容；电磁干扰：屏蔽技术 2 a n a l y s i sa n dd e s i g no fa n t i - i n t e r f e r e n c ei nd i g i t a le l e c t r o n i c s v s t e m s a b s t r a c t a b s t r a c t ：i n t e r f e r e n c ea n a l y s i si nd i g i t a lc i r c u i t si sv e r yi m p o r t a n ta n dak e y f a c t o ri nd e t e r m i n i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h ec i r c u i ta n di sw h a tw es h o u l dd o b e f o r ea ne x p e r i m e n t t h ep a p e rf i r s ta n a l y z e s ，m a i n l yf r o mc o m m o n l yu s e d a n t i i n t e r f e r e n c em e a s u r e sf o r d i g i t a l c i r c u i t s d e s i g n ，t h e b a s i c t h e o r y o f e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，f o c u s e so ne l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c es o u r c e sa n d t h e i rm a t h e m a t i c a lt r a n s m i s s i o nm o d e l ，a n d ，t a k i n gc o n d u c t e di n t e r f e r e n c ea n d r a d i a t e di n t e r f e r e n c ef o re x a m p l e s ，e m p h a s i z e st h es p e c i f i cm e a s u r e sa g a i n s tt h e c o n d u c t e da n dr a d i a t e di n t e r f e r e n c e t h e nt h ep a p e ra n a l y z e st h ea n t i - i n t e r f e r e n c e m e a s u r e si nt h ea s p e c t so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nh a r d w a r e ，t h em e a s u r e sw h e n u s i n gd e v i c e s ，t h em e a s u r e si n c i r c u i td e s i g n ，a n dt h ep r i n t e db o a r dc i r c u i t a n t i - i n t e r f e r e n c em e a s u r e s a m o n gt h et h r e e ，t h ep a p e rl a y se m p h a s i so nt h e a n t i - i n t e r f e r e n c em e a s u r e si nc i r c u i t d e s i g n ：g r o u n d i n gt e c h n i q u e ，f i l t e r i n g t e c h n i q u e ，a n di s o l a t i o nt e c h n i q u e ，a n da n a l y z e st h e mr e s p e c t i v e l y b e s i d e s ，t h e p a p e rp r o p o s e sf i v em e a s u r e sf o r t h ei n t e r f e r e n c eo ft h ep c b ：t h ep r i n c i p l eo f c i r c u i tb o a r da l i g n m e n t ，r e a s o n a b l es e to fd e c o u p l i n gc a p a c i t o r s ，s p e c i a ld e v i c e s t r e a t m e n t ，a r r a n g e m e n to ft h ec o m p o n e n t s ，e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t ym e a s u r e s i ns o f t w a r e ，t h ep a p e ra n a l y z e sf i v ea s p e c t s ：d i g i t a lf i l t e r i n gm e t h o d s ，i n p u ts i g n a l r e - d e t e c t i o nm e t h o d s ，o u t p u tp o r td a t ar e f r e s h i n gm e t h o d s ，s o f t w a r ei n t e r c e p t i o n t e c h n i q u ea n d ”w a t c h i n g - d o g ”t e c h n i q u e ，a m o n gw h i c ht h ep a p e rf o c u s e so nt h e d i g i t a lf i l t e r i n gt e c h n i q u e ，a n dw a t c h i n g - d o gt e c h n i q u e a tl a s t ，t h ep a p e ra n a l y z e s t h em e a s u r e si nd i g i t a le l e c t r o n i cs y s t e m sa s s e m b l y ，n a m e l y ，e l e c t r i cf i e l ds h i e l d i n g ， m a g n e t i cs h i e l d i n g ，e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g ，c o m b i n e dw i t hs o m ee x a m p l e s ，s u c h a st h es i g n a lt r a n s m i s s i o ns h i e l d i n g ，e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g ，jo i n tt r e a t m e n t ，a n d t h ed e s i g no fa i rc o o l i n gh o l e s a l t h o u g ht h e r ea r em a n yk i n d so fd i g i t a lc i r c u i t a n t i i n t e r f e r e n c em e a s u r e s ，e a c hm e a s u r ei sw e l lt a r g e t e d ，s of l e x i b l em e a s u r e s s h o u l db et a k e na c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n o t h e r w i s e ，t h e yw i l lb e c o u n t e r p r o d u c t i v e k e y w o r d s ：d i g i t a le l e c t r o n i cs y s t e m ；e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c es h i e l d i n gt e c h n i q u e 插图清单 图2 1 电容耦合原理图7 图2 2 电阻耦合原理图8 图2 3 电感耦合等效电路8 8 图2 4 电偶极子坐标图9 图2 5 磁偶极子坐标图9 图2 6 线路元件高频特性1 l 图3 1 安全接地图1 4 图3 2 地回路耦合实例l5 图3 3 串联单点接地连线图16 图3 4 并联单点接地连线图16 图3 5 多点接地连线图17 图3 6 混合接地连线图l7 图3 7 浮地连线图17 图3 8 开关电源e m i 滤波器1 8 图3 9 双面板的电源供电线布线方案一2 1 图3 10 双面板的电源供电线布线方案二2 2 图4 1 数据采样过程27 图4 2 抗程序“跑飞29 图4 3 程序“跑飞”时的数据保护2 9 图5 1 电场耦合示意图3l 图5 2 加入屏蔽体后电场耦合示意图3 2 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金壁王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：1 司秀 签字日期：勿刀? 钆月，驴日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金旦巴王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权金起王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：i 司秀 签字日期：2 d d 节年l 2 月j 妒日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：柴新寸矽雾老冲i f 通讯地址：柒翔习吊屠靶丰汤祜嬲 导师签名： 秒扒 签字日期：劾伊产f 2 ，月7 驴日 电话：侈7 占多匆匆 邮编：嬲仍 致谢 本文是在我的导师杜少武教授的悉心指导下完成的。从课程的学习、论文 的选题及最终定稿都倾注了杜老师的心血。杜老师严谨的治学态度，平易近人、 诲人不倦的品格给我留下了深刻的印象，将使我终生受益。在此，谨向导师表 示最深的敬意和由衷的感谢! 同时感谢所有的授课老师，正是你们孜孜不倦的传道、授业、解惑，使我 在思想上和学业上取得了一定的进步，为以后的学习和工作奠定了基础。 最后感谢在这几年学习和生活中帮助、关心我的同事和朋友们，特别感谢 你们给我的论文提供了许多宝贵的资料。有了你们的帮助，我才顺利地完成了 研究生阶段的学习，在今后的工作中，我会将你们的帮助化为自己前进的动力。 在毕业之际，衷心的祝愿你们生活美满、前程似锦! 周琴 二oo 九年十一月 第一章引言 1 1 研究现状 随着电子技术的迅速发展，集成电路的应用也越来越广。目前，数字电路 中大量采用数字集成电路。由于数字集成电路具有较的噪声容限，其抗干扰性 能较好，但数字电路与其他电路一样，容易受到外部和数字电路内部干扰，在 使用时如果装配不当，将会使数字电路因受干扰而不能正常工作。因此，必须 采取相应的抑制干扰措施，将干扰的影响抑制到最小。 我们知道，电磁干扰是一切电气和电子装置( 系统) 的伴随物，它无所不 在。并且近2 0 年来，随着数字计算技术、微处理器和电力电子装置在商业、工 业、民用、军事部门的日益广泛的应用，电磁兼容技术也得到人们普遍关注， 所以说电磁兼容和电磁干扰是数字电路干扰中重要部分，因此对电磁兼容、电 磁干扰的探讨一直是数字电路抗干扰中热门话题。 当前，在有限的时间、空间及有限的频谱资源条件下，各种电气及电子设 备的数量迅速增加，而家用电器的运用，更使这些设备遍及千家万户，用电设 备密集程度越来越大，空间电磁环境恶化已成定局。特别是我国加入世界贸易 组织，更需加强我国在国际市场上的竞争能力，因此，采取行之有效的电磁兼 容措施，已是迫在眉捷的任务。 电磁干扰问题人们很早就发现了，如1 8 8 1 年英国著名科学家希维赛发表的 文章论干扰，是研究骚扰问题最主要的早期文献。18 8 3 年法拉第发现电磁 感应定律，指出变化的磁场在导线中将产生感应电动势。18 8 4 年麦克斯韦引入 位移电流的概念，指出变化的电场将激发变化的磁场，并由此预言电磁波的存 在。这些为电磁干扰的存在打下了理论基础。1 8 8 7 年柏林电气协会成立了“全 部干扰问题委员会”。1 8 8 8 年赫兹用实验证明了电磁波的存在，同时该实验也 指出了各种打火系统中空间发射电磁干扰，从此开始了对电磁问题的实验研究。 l8 8 9 年英国邮电部门研究了通信干扰问题，同期美国的电子世界杂志也刊 登了电磁感应方面的论文。1 9 3 4 年英国有关部门对10 0 0 例干扰问题进行了分 析，发现有5 0 是电气设备引起的。 电磁干扰引起的危害我们大家都是有目共睹的，像国外航天系统的故障， 如丘比特导弹雷击事件、侦察兵火箭飞行故障、宇宙神导弹爆炸事件等等。甚 至旅客在飞机上使用调频收音机，也会使导航系统的指示偏离。而感应雷击所 造成的破坏更是防不胜防的，l9 9 2 年6 月2 2 日，北京国家气象中心多台计算机接 口因感应雷击被毁，损失二千多万元；1 9 9 2 年8 月2 3 日，赣州市6 0 的有线电视 和5 0 闭路电视遭受过雷击，其中9 l 台电视机因感应雷击而毁于一旦；2 0 0 6 年6 月9 日，南韩一架大型客机在空中遭受雷击，头部解体脱落，幸好没有人员伤亡。 此外，电磁辐射还会严重影响人体健康。由此可见，电磁干扰问题如果再不引 起人类的重视，人类将受到更大的惩罚，甚至会付出巨大的代价。 目前虽有不少专著论述了电磁兼容问题，但是其大多是侧重于讨论与无线 电通信有关的一些电磁兼容问题，有的则是将许多解决电磁干扰问题的实践经 验加以分类和综合，很少涉及电力电子装置( 系统) 中的电磁兼容性问题。而 电力电子装置( 系统) 中的电磁兼容问题刚刚具有它本身的特殊性，即：通常 它涉及到的装置功率较大，其主电路中的大功率开关过程产生的高d i d t 和d u d t 会引起强大的传导型的e m i ；有些高频大功率装置还会产生强电磁场( 通常中 近场) 的辐射，它们会严重污染周围的电磁环境和电网；除此以外，这些装置 ( 系统) 内部的控制电路还必须能承受其主电路及工业应用现场电磁噪声的干 扰。正是电磁兼容技术的特殊性及测量上许多困难，所以对电力电子系统电磁 兼容的研究工作，还没达到深入的程度。 国际上十分重视电子产品的电磁兼容性设计，欧美日本等国电子产品的电 磁兼容标准是强制执行的，我国也相应地制定了信息技术设备的电磁兼容性标 准。到目前为止，c i s p r 已经出版的出版物和修正案共有3 8 个，并且制定了详 细的目录( 截止至m j 2 0 0 1 年8 月) 。除了c i s p r 夕i - ，t c 7 7 也是i e c 的电磁兼容技术 委员会，其成立于l9 7 3 年6 月。其目的就是使电磁兼容标准化，不能让人类相当 然去设计电磁兼容。 从世界范围来说，目前有两个最大的电气和电子产品销售市场：一个在欧 洲，另一个在美国。因此，与之相对应的最具影响力的e m c 标准也有两个：一 个是欧洲标准和i e c 、c i s p r 标准，欧洲e m c 标准化组织的建立始于1 9 7 0 年，目 前欧洲根据e t s i 技术报告的定义，也制定了详细的标准。这些标准在欧洲、亚 洲、澳洲和非洲有很大的影响力。另一个是以美国国家标准协会a n s i 所编制的 有关标准，它们在南、北美洲具有很大的影响力。美国的电磁兼容技术处于世 界依靠地位，除了上述两个标准以外，还有美国联邦通信委员会f c c 民用产品 的e m c 标准和一套十分完整的军用标准m i l s t d 等。世界上的其他国家， 基本上都在i e c 、c e s p r 国际标准或欧洲、美国标准的基础上，直接采用或等 效引用，制订了各自的国家标准。这一系列标准标志着当今国际上电磁兼容性 不再是盲目的，都有其特定的标准可循。 美国在7 0 年代就开始了铁氧体抗电磁干扰材料的研制，目前己能生产各类 抗电磁干扰材料和器件。美国陶瓷磁性公司主要产品集中在n i z n 铁氧体材料 上，通过铁氧体的复数磁导率与频率的关系，改变不同成分配方及掺杂来实现 铁氧体阻抗的频率特性和衰减频域；制成宽频域抗e m i 铁氧体材料和各种滤波 器。美国s t e w a r d 公司，f i l t e rc o n e c p t s 公司分别研制成功14 个系列 和4 个系列的抗e m i 软磁材料，并应用于i b m 公司、z e n i t h 公司和 m o t o r o l a 公司的各种微型计算机、数字设备以及a t t 信息系统，取得了良 2 好的效果。同时，也大量用于军用电子装备上，便其更加完善。日本t d k 公司 有5 大类抗e m i 材料研制成功，也主要用于p c 联网、数字设备中。富士公司 则集中于m m i c 及i c 用抗电磁干扰滤波器材料及器件的开发。 国内在此方面的起步较晚，始于8 0 年代。主要在软磁铁氧体材料和器件方 面进行了大量的研究。电子科技大学，9 所国营8 9 9 厂已合作开发出抗e m i 材 料6 种、元器件5 个系列，并初步解决了纳米晶软磁抗e m i 材料的内层耦合及 绝缘问题，使纳米晶软磁材料在抗e m i 中得到有效应用。其他如东洋公司等单 位也相继开发出系列产品并有了应用。现在国内市场上已有部分抗e m i 材料、 抗e m i 元件、抗e m i 滤波器面世。而用磁性和陶瓷材料制备的复合材料作为新 型的抗电磁干扰材料，国内外都已有了一定的理论探讨，国内电子科技大学也 已开发出复合双性材料。 近年来，我国有关的科技工作者，在电磁兼容设计方面进行了大量卓有成 效的工作，取得了显著的成果。 我国每年l1 月在上海举办的e m c c h i n a 展览会及技术论坛，经过多年发 展己成为中国主导性、高层次国际电磁兼容展览会。以参展商数量和观众人数 来说，e m c c h i n a 展览会及技术论坛是目前中国最大型和最具影响力的电磁兼 容盛会。e m c c h i n a2 0 0 9 第八届中国上海国际电磁兼容技术与安规认证展览会 将于2 0 0 9 年1 1 月1 8 至2 0 日继续在上海光大会展中心拉开帷幕。本届展会厂 商云集，信息丰富，将有电磁兼容仪器、设备、材料、元件的厂家，及安规、 认证等服务机构。 与展览同期举行的第八届中国电磁兼容技术论坛，届时将有来自国内外著 名企业的高级代表及学术研究机构的专家，就电磁兼容发展趋势、电磁兼容技 术、产品、应用层面进行专业化的分析与讲解。在此展会上，您能够发现第一 手的信息，了解标准、技术、应用、法规及市场的新动向；掌握电磁兼容方方 面面的情况，从基础到前沿的技术，让您在电磁兼容方面的工作掌握更大的胜 算。 中国电工技术学会经商务部批准，将于2 0 10 年4 月1 3 15 日在北京国际 会议中心主办第十五届国际电磁兼容技术交流展览会( e m c 2 0 1 0c h i n a ) 。为 亚太地区规模较大、较具影响力和权威性的电磁兼容展览会，e m c 2 0 1 0 展览会 吸引了来自美国、加拿大、德国、法国、瑞士、日本、意大利、爱尔兰、新加 坡、韩国、中国和香港、台湾地区的近6 0 余家中外专业公司参展。 e m c 2 0 1 0 展览会将提供国内外电子、电力、电器、汽车、军工、金融、 信息、航天、航空、邮电、通信、船舶、铁路、交通、医疗、广播电视产品等 行业用户所需的先进的电磁兼容整体解决方案和最新的产品技术等。展览会同 期将举办2 0 1 0 中国电磁兼容高新技术论坛和行业应用专场论坛等活动，作为高 层次和专业化性的电磁兼容高新技术综合论坛( 涉及各行业对电磁兼容产品技 3 术的应用) 及专场论坛：电磁兼容与汽车、电磁兼容与信息产业、电磁兼容与 国防工业的专场论坛，将为国内外电磁兼容行业用户和电磁兼容专家学者和 e m c 技术产品供应商提供一次技术交流、整体方案解决探讨的平台与途径。 通过e m c 2 0 10 展览会，您将了解到国际最新的电磁技术发展方向和技术水 平，电磁兼容测试、标准、认证的最新进展和渠道，将与国内外知名电磁兼容 公司企业开展针对性的技术交流和探讨，将获得最新的电磁兼容产品采购和解 决方案，进一步扩展商贸合作的空间和平台。 中国电工技术学会于2 0 0 9 年6 月l o 1 2 日在北京国际会议中心举办第十四 届国际电磁兼容技术交流展览会( e m c 2 0 0 9 ) 及以下相关电磁兼容行业活动： e m c 产品与技术展览展示、2 0 0 9 中国汽车工业与电磁兼容高新技术应用市场 发展论坛、2 0 0 9 中国北京电磁兼容高新技术与市场发展论坛、e m c 整体应用 解决方案研讨会、e m c 企业技术交流会和专题报告、e m c 检测实验与国内外 认证机构咨询、e m c 供需方洽谈。此展览会进一步促进国民经济中电子、电器、 汽车、通讯、医疗等技术领域对各类电磁兼容产品的需求，加速我对国内外电 磁兼容技术和产品的引进和使用，提高我研发水平，也满足了国内外电磁兼容 用户和大多数电磁兼容企业、e m c 实验室、认证和研发机构要求， 随着计算机技术的迅速发展，单片机的功能日益增强，结构更加简单，体 积越来越小，从而使单片机在工业控制、民用产品中得到了广泛的应用在单片 机系统设计中，抗干扰设计、容错设计( 包括故障检测与诊断技术) 和功能设 计是微机应用三位一体缺一不可的重要内容尽管单片机系统中在硬件上采取 了很多抗干扰的措施，但干扰总是不能完全被消除，干扰还是会使系统出现失 控，因此对单片机抗干扰的探讨、分析也是不容忽视的。 2 0 世纪，人类取得了辉煌的科技成就。从量子理论、相对论的创立、脱氧 核糖核酸双螺旋结构的发现、信息科学的诞生，到人类基因组序列“工作框架图” 的绘就，世界科技发生了深刻的革命，社会生产力极大提高。我们相信，2 l 世 纪科学技术的进一步发展，特别是信息技术和生命科学的不断突破，将对世界 政治、经济、文化生活产生更加深刻的影响。在本世纪，数字化已成为信息技 术发展的动力，集成电路已进入集成系统的阶段，密集波分复用通信系统的传 输能力将极大提高，个人移动通信、因特网的技术和能力也得到成倍提高。远 程教育、电子商务、电子邮件等的发展，使人们的生产、学习和生活方式发生 了深刻的变化。 电磁干扰、电磁兼容作为一门尖端的综合性学科，人类多年来对它进行的 不懈努力，以及由此而发生的高科技深刻变化，是我们有目共睹的。但人类不 会仅仅满足于现状，会不断研究开发出新的技术，以便使国人在高度享受物质 文明及精神文明的同时，仍能确保社会生产生活各方面得到持续的发展。 4 1 2 选题背景 从事电气工程的技术人员应该都遇到过如下情况，在数字电路功能模块确 定之后，可实验调试过程中经常碰到一些不容易解决的干扰问题，而这些干扰 往往对电路的性能会产生非常严重的影响，甚至导致实验的失败，如果不能有 效地解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，这 样一来既浪费了我们投资项目的时间、资金和努力，又可能使产品性能大打折 扣。因此在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗 干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。 1 3 论文主要内容 本文主要针对我们在电路中遇到的多种干扰问题，如何才能使干扰对电路 的破坏程度降到最低，同时避免实验的重复性和元器件的浪费，我们在电路设 计前就应该考虑的问题。本文首先讨论了电磁干扰的基本理论，具体阐述了电 磁干扰传输通道的数学模型，并对电磁干扰中传导、辐射两大干扰提出了一些 措施。其次针对数字电子系统中硬件和软件抗干扰提出了一些具体措施，如电 路设计中抗干扰措施、p c b 设计抗干扰措施、数字滤波方法等等。最后就数字 电子系统装配中屏蔽技术作了一些分析。 虽然在实际情况中，对不同情况的抗干扰处理有不同的针对方法，但我们 要把握关键的一点，那就是无论对哪种干扰，一定要多种方法综合应用，才能 达到更完善的效果。 5 第二章电磁干扰的基本理论 2 1 电磁干扰的概述 2 1 1 形成干扰的基本要素 1 ) 干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：d u d t ( 电 压突变) ，d i d t ( 电流突变) 大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电 机、高频时钟等都可能成为干扰源。 2 ) 传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰 传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 3 ) 敏感器件，指容易被干扰的对象。如：a d 、d a 变换器，单片机，数 字i c ，弱信号放大器等。 2 1 2 电磁干扰源及其传输通道的数学模型 电磁干扰是指任何能中断、阻碍、降低或限制通信电子设备有效性能的电 磁能量。电磁噪声是指不带任何信息，即与任何信号都无关的一种电磁现象。 电磁干扰也有三要素，即电磁干扰源、传输通道或耦合途径、敏感设备。电磁 干扰源可能是电磁噪声，也可能是无用信号。其产生于电压、电流的急剧变化。 数字电路工作信号是数字脉冲信号，具有很宽的频带，从电磁兼容角度考虑， 最高频率应为时钟频率的1 0 倍，或者为1 万0 ( “为脉冲的上升沿时间) 。 脉冲的前沿越陡峭，脉冲的重复频率越高，则脉冲包含的高频能量越大。设 备内的元器件、集成芯片、印制电路板的轨线、各印制板间的联接线等，只 要有脉冲电流流过，都可能向外发射电磁波，对周围的其它设备产生电磁干 扰。 1 ) 数字电路的电磁干扰源主要有：电源线、高频信号线和晶振电路。 ( 1 ) 电源线 在任何时候，当c m o s 器件改变其输出状态时，两个互补的晶体管存在 换流， 结果造成电源电流增加，电源线上形成尖峰电流，造成电磁干扰。 解决的办法可采用在电源引脚处接瓷片旁路电容去耦。而由于电路寄生元件的 存在，如封装的引脚阻抗和电源线，会形成等效天线，旁路电容并不能完全 有效减少电流峰值。可通过在去耦电容和电源线之间增加磁芯电感( 铁氧体环形 磁芯) ，磁芯电感应靠近集成芯片，这样可减少电源线上电流尖峰造成的干扰。 ( 2 ) 高频信号线 具有高频信号的信号线、低位地址线、时钟、串口等，其通常接c m o s 输入终端，相当于几个电阻和电容并联的负载，这一负载的充放电过程会形 6 成电磁干扰。一个减少尖峰电流的办法是在输入端串接一个小于线路阻抗的电 阻，根据传输线理论，这个电阻在速度上没有负面影响。第二个解决办法是 信号及其响应的返回线应尽可能少，尽可能短。 ( 3 ) 晶振 在数字电路系统中，高频晶振通常出现在时钟发生器中，不可避免会产 生电磁干扰。因此应注意晶振布线，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 ) 电磁干扰按传播途径可分传导干扰和辐射干扰。 ( 1 ) 传导干扰及其数学模型 传导干扰是指沿着导体传播的。因此任何导体，如导线、传输线、电感器、 电容器等都是传导干扰的传输通道。任何一个电子设备都可能成为一个干扰源。 传导干扰分电耦合、磁耦合、电磁耦合。能够传导电磁干扰的途径的称传导干 扰传输通道，它分为以下三类：电容传导耦合即电场耦合；电阻传导耦合即公 共阻抗耦合；电感传导耦合即互感耦合。其数学模型可用下面的图例来说明。 电容耦合 设v l 为传导电磁干扰源电压；z i 为接受器输入阻抗；v 2 为接受器输入端相 应产生的电压，c 为耦合电容，即干扰源和接受器之间的电容耦合通道，如图 2 1 所示。设干扰源的频率为，则有： 吒= k 2 ， z f + 图2 1电容耦合原理图 由式( 2 1 ) 可知，圪的大小和c 的容抗及z i 阻抗的相对大小有关。当1 j r _ o c 一定时，圪和z i 成正比。当z i 一定时， 圪和1 jt o c 成反比，即大时，则v 2 就 大，c 大时则v 2 也大。 故减小电容耦合的有效方法有：减小传导干扰源的频率，当频率很低时， 传导干扰电容耦合可以忽略；减小耦合电容c 的值，当耦合电容的电容值很小 时，传导干扰电容耦合可以忽略；减小接受器输入阻抗z i 的值，当z i