计算机应用系统的抗干扰措施

姜思明

摘要： 微机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标，随着微机在工业测控中的广泛应用，微机系统的可靠性成为一个重要课题。抗干扰设计是计算机应用系统研制中不可忽视的一个重要内容。

关键词：微机系统；抗干扰；可靠性

1 微机系统中的主要干扰渠道

工业生产中的干扰一般都是以脉冲的形式进入微机，干扰窜入系统的渠道主要有三条，如图所示：即空间干扰，通过电磁波辐射窜入系统；过程通道干扰，干扰通过与主机相连的前向通道、后向通道及与其它主机的相互通道进入；供电系统干扰。一般情况下空间干扰在强度上远小于其它两个渠道窜入的干扰，而且空间干扰可用良好的屏蔽与正确的接地、高频滤波加以解决，故微机系统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰。

2 供电系统干扰及抗干扰措施

任何电源及输电线路都存在内阻，正是这些内阻才引起了电源的噪声干扰。为了防止从电源系统引入干扰，微机系统可采取如下的供电配置：

2.1交流稳压器

用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系统的可靠性。

2.2隔离变压器

考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初次级线圈的互感耦合，而是靠初、次级间寄生电容耦合的，因此，隔离变压器的初级和次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以提高抗共模干扰的能力。

2.3低通滤波器

由谐波频谱分析可知，电源系统的干扰源大部分是高次谐波，因此采用低通滤波 让50周市电基波通过，滤去高次谐波，以改善电源波形。

2.4采用分散独立功能块供电

每个功能块单独对电压过载进行保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，而且也减少了公共阻抗的相互耦合以及和公共电源的相互耦合，大大提高了供电的可靠性，也有利于电源散热。

2.5 采用高抗干扰稳压电源及干扰抑制器

在电源配置中还可以采取下列措施：

·利用反激变换器的开关稳压电源。

·采用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器。

·采用超隔离变压器稳压电源。

3 过程通道干扰及抗干扰措施

过程通道是前向接口、后向接口与主机或主机相互之间进行信息传输的路径，在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振频率愈来愈高，微机系统过程通道的长线传输愈来愈不可避免。微机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲波，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减、与通道干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措施有光电耦合隔离、双绞线传输、阻抗匹配等。

3.1光电耦合隔离措施

采用光电耦合器可以将主机与前向、后向以及其它主机部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入主机。光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使过程通道上的信噪比大大提高。

·光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻则很大，因此能分压到光电耦合器输入端的噪声很小。

·干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，即使有很高电压幅值的干扰，由于不能提供足够的电流而被抑制掉。

·光电耦合器是在密封条件下实现输入回路与输出回路的光耦合，不会受到外界光的干扰。

·输入回路与输出回路之间分布电容极小，而且绝缘电阻很大，因此回路一边的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一边去。

在传输线较长，现场干扰强烈时，为了提高整个系统的可靠性，可通过光电耦合器将长线完全浮置起来。这样处理去掉了长线两端间的公共地线，不但有效地消除了各逻辑电路的电流流经公共地线时所产生的噪声电压相互窜扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以防止受控设备短路时保护系统不受损坏。

在强干扰环境下，为了保证微机系统有较高的可靠性，还可采用光电耦合器将微机部分与其它所有外接通道实行完全隔离浮置的方法。

3.2双绞线传输

在微机实时系统的长线传输中，双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，虽然频带较差，但波阻抗高，抗共模噪声能力强。双绞线能使各个小环路的电磁感应干扰相互抵消。距离信号源近，可起到积分作用，故双绞线对电磁场具有一定抑制效果，但对接地与节距有一定要求。

3.3长线传输的阻抗匹配

长线传输时，阻抗不匹配的传输线会产生反射，使信号失真，其危害程度与系统的工作速度及传输线的长度有关。

3.4长线的电流传输

长线传输时，用电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干扰能力。

4 空间干扰及抗干扰措施

空间干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。干扰来自应用系统的内部和外部。市电电源线是无线电波的媒介，而在电网中有脉冲源工作时，它又是辐射天线，因而任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、接收、调制。

在现场解决空间干扰时，首先要正确判断是否是空间干扰，可用如下的方法进行判断：即在系统供电电源入口处接入微机干扰抑制器或磁饱和稳压器，观察干扰现象是否继续存在，如存在则可认为是空间干扰。空间干扰不一定来自系统外部。空间干扰的抗干扰设计主要是地线系统设计，系统的屏蔽与布局设计。

参考文摘

[1]单片机应用系统设计何立民北京航空航天大学出版社