CD4094抗干扰技术

1、CD4094 抗干扰技术摘 要 本文提出一种使用 CD4094 控制感性或容性负 载的方法。经过测试，该方法可有效提高 CD4094 可靠性。【关键词】群脉冲 CD4094CD4094使用SPI接口扩展接口，价格便宜，且有 ?强 驱动能力，可以支持级联。因此，使用此芯片可以简化线路 板之间的连线，并减少单片机的 IO 端口使用。然而实际上 4094 大多只用于 LED 显示的驱动，极少用于控制如继电器 或电磁阀等设备。究其原因，主要是因为 SPI 接口抗干扰能 力较差，串行数据传输过程中若收到任何干扰都会引起严重 的错误，并且在一个传输周期中一旦出错，是难以在这个周 期中恢复的。因此，本文提出

2、一种解决方案，可以在特定输 出（如继电器）的环境下使用 CD4094 控制，而避免受到干 扰的影响，并通过 4000V 脉冲干扰测试仪对比验证。1 研究现状 在国内一般小家电等成本敏感应用中，由于电源不能使 用过于昂贵的滤波电路（尤其是开关电源） ，电源的干扰极 易串入通信线路从而引起通讯错误。若通过 CD4094 加上放 大电路控制继电器等设备，则立即造成继电器输出错误，从 而出现预期之外的输出甚至出现安全隐患。因此，在小家电的输出控制和单片机在不同板上的情 况，只能使用大量的连接线，或者使用双单片机的方案，提 高系统的物料和工艺成本。2 CD4094 可靠性研究2.1 CD4094 通讯方

3、式受到的干扰（ 1）通过 EFT 群脉冲发生器，从电源端输入高频脉冲 干扰信号，可以很好的模拟电器使用中，各种开关通断瞬间 产生的电火花对电源信号造成的干扰。根据 IEC61000-4-4 ， 第四等级要求设备能在峰值达到 4KV ，重复率达到 100kHz ， 持续时间不小于 1 分钟的脉冲信号下稳定工作。（2）在简单电源滤波设备中，脉冲干扰会经过变压器 耦合进入弱电区域，并引起弱电电源瞬间变化。在 CD4094 等 SPI 设备中，可能引起芯片对通讯线的误判，从而导致通 讯错误。在群脉冲测试中， VCC 电压出现脉冲跳动， 甚至低于原 来的低电平判定电平。这时若通过 CD4094 加放大电

4、路控制 继电器，可以听到继电器一直在跳动，这在实际应用中会存 在很大的安全隐患。2.2 解决策略2.2.1 改变 strobe 针脚空闲时极性根据 CD4094 真值表可知，在 Strobe 针脚处于低电平时， 各输出口会一直保持原有的电平。因此，尽量缩短 Strobe 高 电平的时间可以有效降低 IC 输出受到干扰的可能性。在试 验中， Strobe 引脚只在一整个数据字发送完毕后有 1 个微秒 的高电平时间。加上实际发送数据的时间极短，在通讯过程 中与干扰脉冲遇上的时间极短，因此 IC 可靠性大大提高。2.2.2 通过反馈检测数据正确性尽管 CD4094 允许以较高的速度通讯，缩短通讯时间

5、。 然而还是存在一定的概率在通讯过程中遇上电源脉冲，造成 通讯错误。CD4094 有一个 QS 引脚，可用于级联。 在级联的最后一 级QS或Q艺输出接回单片机的 MISO引脚，增加一根通讯 线。每一次发送数据后，向 Strobe 引脚发送 1 微秒高电平， 然后重发一次数据。此时，单片机的 MISO 引脚就能接收到 CD4094 缓冲区中的数据，供单片机检测通讯过程中是否出 现错误。若检测到接收与发送的数据一致，说明上次通讯正 确。由于 Strobe 针脚一直保持为低，即使在上一次发送的过 程中出现错误，也无法进入输出部分，也就不会出现错误输 出；若检测到接收与发送的数据不一致，说明上次或这次

6、通 讯极有可能出现错误，由于这次通讯重发了一次数据，直接 向 Strobe 引脚发送 1 微秒高电平即可，然后重复发送数据， 直至接收到的数据与发送数据一致为止。由于 CD4094 的通 讯速度较快，通讯时间极短，因此通讯错误然后重发的时间 也极短，在感性或容性负载，如继电器、电磁阀等设备不会造成错误输出。2.3 电路测试 在此电路上，控制继电器交错输入输出，此时，若注入 4000V 群脉冲干扰信号， CD4094 通讯偶尔会出现错误的情 况。由图 1 可见，在通讯受到干扰而出现输出错误时，由于 单片机得到了来自 QS 信号的反馈，及时重新发送，因此错 误输出只维持了 9us,大大小于继电器、电磁阀等器件的反 应速度。因此在 10 分钟的 4000V 群脉冲测试中，所有输出 未出现错误的情况。3 结论 通过文中的分析及