第七章 可靠性和抗干扰技术

1、第七章第七章 可靠性和抗干扰技术可靠性和抗干扰技术7.1 可靠性和抗干扰技术的基本概念n可靠性n错误和故障n电磁兼容性(EMC)n干扰的来源n干扰的传播途径高压电缆闪电雷达、电台等天线发射 微机控制系统地电位波动电机、电焊机等大用电设备引入噪声交交流流动动力力线线 图 8-1 外部干扰环境外部干扰外部干扰内部干扰内部干扰由系统的结构布局、制造工艺所引入的由系统的结构布局、制造工艺所引入的干扰的传播途径n公共阻抗耦合n直接耦合n电容耦合n电磁感应耦合n辐射耦合公共阻抗耦合电 路 1电 路 2电 路 3I1I2I3CI3r3r2I2 I3r1I1 I2 I3BA电容耦合图 8-3 导线之间的静电耦

2、合 导线1 导线2C12C1gU1C2gRUn1线导2线导图 8-4 导线之间的磁场耦合R2R3R1I1U1UnM磁场耦合7.2 硬件的可靠性和抗干扰措施n元器件与系统结构n滤波与去耦电路n隔离与屏蔽技术n接地技术n停电保护n热拔插技术n看门狗nPCB的抗干扰技术隔离技术UsAB光 耦 合 器FGASGASGBFGB(a)隔离技术UsAB隔 离 变 压 器FGASGASGBFGB(b)隔离技术弱 电电 路强 电电 路继 电 器屏蔽技术1-2,3-6,4-5,7-8屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传

3、输。接地技术 数字信号地与模拟信号地数字信号地与模拟信号地:分开连接，最终单点相连，消除地电路经过公共阻抗而产生的干扰； 单点接地与多点接地选择：单点接地与多点接地选择：u在低频电路中，导线与元器件间的电感影响较小，而接地电路中的环流引起的干扰对系统影响较大，因而采用一点接地；u在高频电路中，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地法。电 路 1Ar3r2电 路 2电 路 3r1I1I2I3BC单点接地多点接地电路1电路2电路3R1R2R3L1L2L3图 9-26 输 入 系 统 接 地 方 式信 号 源遮 蔽 层屏 蔽 层放 大 器sU(a) 信 号 源 端 接 地(b)

4、 接 收 端 接 地A信 号 源遮 蔽 层屏 蔽 层放 大 器sUB接地技术印刷电路板的抗干扰设计v配置去耦电容配置去耦电容 在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容是印刷电路板设计的一项常规做法：u在电路板电源输入端跨接一个10100F(或更大)的电解电容，消除电源中的低频干扰；u在每个关键集成电路芯片的电源输入端跨接一个0.010.1F的陶瓷电容或钽电容，消除电源中的高频干扰；u去耦电容的引线不能太长，特别是高频旁路电容不能有长引线。v印刷电路板尺寸与器件布置印刷电路板尺寸与器件布置 印刷电路板尺寸要适中：印刷电路板尺寸要适中：u过大时，印刷线条长，阻抗增加，不仅抗干扰能力下降，而且成本提高

5、；u过小，则散热不好，且易受邻近线条干扰； 器件布置的原则：器件布置的原则：u相关器件应尽量放得靠近些。例如晶振和CPU的时钟信号输入端应相互靠近些；u远离易产生噪声的器件。例如信号线与其他器件应尽量远离晶振；u逻辑电路应远离大电流噪声电路。例如控制电路与驱动电路应分板制作。印刷电路板的抗干扰设计n存储器布线: 三总线应尽量短,双面电路板应相互垂直.n接插件:考虑无连接时造成的影响:接上拉或者下拉电阻防止短路造成的影响:接入限流电阻7.3 软件可靠性和抗干扰技术n软件冗余软件冗余n设置软件陷阱设置软件陷阱n初始化的考虑初始化的考虑n看门狗技术看门狗技术(定时监视器定时监视器)n数字滤波数字滤波n检错和纠错技术检错和纠错技术n自检和故障诊断自检和故障诊断小结 软件抗干扰措施可以不增加任何硬件设备，既降低了系统成本又提高了系统的可靠性。同时，软件抗干扰措施增减方便，可以随时改变选择的算法或改变参数； 软件抗干 扰措施需要增加CPU的运行时间，在某些对速度要求较高的应