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| 单片机自身的抗干扰措施研制 |
| 新闻出处：电子生产设备资讯网
发布时间： 2007-11-15 |
为提高单片机本身的可靠性。近年来单片机的制造商在单片机设计上采取了一系列措施以期提高可靠性。这些技术主要体现在以下几方面。
1.降低外时钟频率
外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola 单片机系统时钟只需4MHz，更适合用于工控系统。近年来，一些生产8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不牺牲运算速度的前提下将对外时钟的需求降至原来的1/3。而Motorola 单片机在新推出的68HC08系列以及其16/32位单片机中普遍采用了内部琐相环技术，将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高到8MHz乃至更高。
2.低噪声系列单片机
传统的集成电路设计中，在电源、地的引出上通常将其安排在对称的两边。如左下角是地，右下角是电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进的技术将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。另一个在集成电路设计上降低噪声的例子是驱动电路的设计。一些单片机提供若干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。这些大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑增加了噪声源。而跳变沿的软化技术可消除这方面的影响，办法是将一个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输出端串上不同等效阻值的电阻。以降低di/dt。
3.时钟监测电路、看门狗技术与低电压复位
监测系统时钟，当发现系统时钟停振时产生系统复位信号以恢复系统时钟，是单片机提高系统可靠性的措施之一。而时钟监控有效与省电指令STOP是一对矛盾。只能使用其中之一。
看门狗技术是监测应用程序中的一段定时中断服务程序的运行状况，当这段程序不工作时判断为系统故障，从而产生系统复位。
低电压复位技术是监测单片机电源电压，当电压低于某一值时产生复位信号。由于单片机技术的发展，单片机本身对电源电压范围的要求越来越宽。电源电压从当初的5V降至3.3V并继续下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低电压复位功能时应根据具体应用情况权衡一下。
4. EFT技术
新近推出的Motorola M68HC08 系列单片机采用EFT(Electrical Fast Transient)技术进一步提高了单片机的抗干扰能力。当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。以施密特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。交替使用施密特电路和RC滤波可以使这类毛刺不起作用，这就是EFT技术。随着VLSI技术的不断发展，电路内部的抗干扰技术也在不断发展之中。
5.软件方面的措施
单片机本身在指令设计上也有一些抗干扰的考虑。非法指令复位或非法指令中断是当运行程序时遇到非法指令或非法寻址空间能产生复位或中断。单片机应用系统程序是事先写好的，不可能有非法指令或寻址。一定是系统受到干扰，CPU读指令时出错了。
以上提到的是当前广泛使用的单片机应该具有的内部抗干扰措施。在选用单片机时，要检查一下这些性能是否都有3.滤波
滤波指各类信号按频率特性分类并控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的交流电源线上，旨在让50周的交流电顺利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响系统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。
印制电路板的布线与工艺
印制电路板的设计对单片机系统能否抗干扰非常重要。要本着尽量控制噪声源、尽量减小噪声的传播与耦合，尽量减小噪声的吸收这三大原则设计印制电路板和布线。当你设计单片机用印制电路板时，不仿对照下面的条条检查一下。
印制电路板要合理区分，单片机系统通常可分三区，即模拟电路区(怕干扰)，数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)，功率驱动区（干扰源）。
印刷板按单点接电源、单点接地原则送电。三个区域的电源线、地线由该点分三路引出。噪声元件与非噪声元件要离得远一些。
时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来。让周围电场趋近于零。
I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印刷板的边，靠近引出接插件。
能用低速的就不用高速的,高速器件只用在关键的地方。
使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件。
石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线要尽量短，且不要引得到处都是。
使用450的折线布线，不要使用900折线,以减小高频信号的发射。
单面板、双面板，电源线、地线要尽量的粗。信号线的过孔要尽量少。
4 层板比双面板噪声低20dB。6层板比4层板噪声低10dB。经济条件允许时尽量用多层板。
关键的线尽量短并要尽量粗，并在两边加上保护地。将敏感信号和噪声场带信号通过一条扁带电缆引出的话，要用地线-信号-地线......的方式引出。
石英振荡器下面、噪声敏感器件下面要加大地的面积而不应该走其它信号线。
任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小。
时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小，时钟线要远离I/O线。
对A/D类器件，数字部分与模拟部分宁可绕一下也不要交叉。噪声敏感线不要与高速线、大电流线平行。
单片机及其它IC电路，如有多个电源、地端的话，每端都要加一个去耦电容。
单片机不用的I/O端口要定义成输出。
每个集成电路要加一个去耦电容，要选高频信号好的独石电容式瓷片电容作去耦电容。去耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。
从高噪声区来的信号要加滤波。继电器线圈处要加放电二极管。可以用串一个电阻的办法来软化I/O线的跳变沿或提供一定的阻尼。
用大容量的钽电容或聚脂电容而不用电解电容作电路充电的储能电容。因为电解电容分布电感较大，对高频无效。使用电解电容时要与高特性好的去耦电容成对使用。
需要时，电源线、地线上可加用铜线绕制铁氧体而成的高频扼流器件阻断高频噪声的传导。
弱信号引出线、高频、大功率引出电缆要加屏蔽。引出线与地线要绞起来。
印刷板过大、或信号线频率过高，使得线上的延迟时间大于等于信号上升时间时，该线要按传输线处理，要加终端匹配电阻。
尽量不要使用IC 插座，把IC直接焊在印刷板上，IC座有较大的分布电容。 |
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