姜思明

摘要： 微機系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，隨著微機在工業(yè)測控中的廣泛應(yīng)用，微機系統(tǒng)的可靠性成為一個重要課題?？垢蓴_設(shè)計是計算機應(yīng)用系統(tǒng)研制中不可忽視的一個重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：微機系統(tǒng)；抗干擾；可靠性

1 微機系統(tǒng)中的主要干擾渠道

工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的形式進入微機，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，如圖所示：即空間干擾，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)；過程通道干擾，干擾通過與主機相連的前向通道、后向通道及與其它主機的相互通道進入；供電系統(tǒng)干擾。一般情況下空間干擾在強度上遠小于其它兩個渠道竄入的干擾，而且空間干擾可用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以解決，故微機系統(tǒng)中應(yīng)重點防止供電系統(tǒng)與過程通道的干擾。

2 供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾，微機系統(tǒng)可采取如下的供電配置：

2.1交流穩(wěn)壓器

用來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓，有利于提高整個系統(tǒng)的可靠性。

2.2隔離變壓器

考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級間寄生電容耦合的，因此，隔離變壓器的初級和次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾的能力。

2.3低通濾波器

由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾源大部分是高次諧波，因此采用低通濾波 讓50周市電基波通過，濾去高次諧波，以改善電源波形。

2.4采用分散獨立功能塊供電

每個功能塊單獨對電壓過載進行保護，不會因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個系統(tǒng)破壞，而且也減少了公共阻抗的相互耦合以及和公共電源的相互耦合，大大提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。

2.5 采用高抗干擾穩(wěn)壓電源及干擾抑制器

在電源配置中還可以采取下列措施：

·利用反激變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

·采用頻譜均衡法原理制成的干擾抑制器。

·采用超隔離變壓器穩(wěn)壓電源。

3 過程通道干擾及抗干擾措施

過程通道是前向接口、后向接口與主機或主機相互之間進行信息傳輸?shù)穆窂?，在過程通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率愈來愈高，微機系統(tǒng)過程通道的長線傳輸愈來愈不可避免。微機應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減、與通道干擾。為了保證長線傳輸?shù)目煽啃?，主要措施有光電耦合隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。

3.1光電耦合隔離措施

采用光電耦合器可以將主機與前向、后向以及其它主機部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進入主機。光電耦合的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。

·光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻則很大，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很小。

·干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。

·光電耦合器是在密封條件下實現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合，不會受到外界光的干擾。

·輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，而且絕緣電阻很大，因此回路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。

在傳輸線較長，現(xiàn)場干擾強烈時，為了提高整個系統(tǒng)的可靠性，可通過光電耦合器將長線完全浮置起來。這樣處理去掉了長線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配等問題，同時也可以防止受控設(shè)備短路時保護系統(tǒng)不受損壞。

在強干擾環(huán)境下，為了保證微機系統(tǒng)有較高的可靠性，還可采用光電耦合器將微機部分與其它所有外接通道實行完全隔離浮置的方法。

3.2雙絞線傳輸

在微機實時系統(tǒng)的長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線。與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強。雙絞線能使各個小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。距離信號源近，可起到積分作用，故雙絞線對電磁場具有一定抑制效果，但對接地與節(jié)距有一定要求。

3.3長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?/p>

長線傳輸時，阻抗不匹配的傳輸線會產(chǎn)生反射，使信號失真，其危害程度與系統(tǒng)的工作速度及傳輸線的長度有關(guān)。

3.4長線的電流傳輸

長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。

4 空間干擾及抗干擾措施

空間干擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部和外部。市電電源線是無線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時，它又是輻射天線，因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時存在輻射、接收、調(diào)制。

在現(xiàn)場解決空間干擾時，首先要正確判斷是否是空間干擾，可用如下的方法進行判斷：即在系統(tǒng)供電電源入口處接入微機干擾抑制器或磁飽和穩(wěn)壓器，觀察干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如存在則可認為是空間干擾。空間干擾不一定來自系統(tǒng)外部?？臻g干擾的抗干擾設(shè)計主要是地線系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計。

參考文摘

[1]單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計何立民北京航空航天大學(xué)出版社