单片机应用系统的主要干扰形式

1.干扰的三要素
在单片机应用系统或其他电子设备中，一个电路所受的干扰程度用下式描述：
S＝WC/I；
其中，S表示电子线路受干扰的程度；W表示干扰发生源的强度；C为干扰源通过某途径到达受干扰处的耦合因素；I为受干扰电路的抗干扰性能。
由上式可以看到，要减少干扰的影响，可以从减小分子或增大分母来考虑。既可以尽量减小干扰源产生的干扰强度，也可以切断或降低干扰耦合因素，使干扰强度尽量衰减，再就是采取各种措施，提高电子线路的抗干扰能力。
干扰源有的来自单片机应用系统的外部，例如工业电气设备的电火花、高压输电线上的放电、无线广播通信设备的电磁被、太阳辐射、雷电，以及各大功率设备开关时发出的干扰均属于这类干扰。另一类干扰来自单片机应用系统内部，例如电源自身产生的干扰，电路中脉冲尖峰或自激振荡，电路之间通过分布电容的耦合产生的干扰，设备和机械振动产生的干扰，大的脉冲电流通过地线电阻、电源内阻造成的干扰等均属于这一类。
知道干扰来源，由上面公式，就可以在干扰源处采取措施，抑制其产生。这种措施有时是十分有效的。在无法控制干扰源的地方，就必须从另外两方面来下工夫。
2. 干扰的来源及耦合方式
① 电磁干扰源
为了解决电磁兼容性问题，首先就要了解和熟悉电磁干扰源。一般来说人们常将电磁干扰源分为两大类，即自然干扰源和人为干扰源。
② 自然干扰源
自然干扰源是指自然界所固有的与人类的活动无关的电磁干扰。主要有如下几种：
[1] 雷电产生的电磁干扰
自然界中的雷电是一种很常见的自然干扰源，地球上平均每秒中发生的雷电超过100次。而且，雷电所造成的干扰十分复杂。一次雷电产生的电压可高达5×108V，电流可达到2×105A，持续时间为µS级，例如20µS。可见一次雷电的瞬时功率十分巨大。雷电的干扰频谱很宽，从100Hz直到100MHz。每一次雷电都会产生剧烈的电磁扰动，并以电磁波的形式传播到很远的地方。因此，在距离雷电近的地方，电子设备受其影响是十分严重的。即使远离雷电几千米，在看不见、听不到雷电的地方，其造成的电磁干扰也可能是很严重的。显然，当设备或电网的电力线直接遭受雷击时，其后果将是灾难性的。
[2] 太阳及太阳系行星产生的干扰
太阳黑子爆发及日冕的发生都会产生严重的电磁干扰。严重的太阳黑子爆发甚至会使电力系统供电中断、无线通信无法进行。太阳系的行星也会辐射出电磁干扰，对地球上的电子设备造成影响。
[3] 地球磁场的干扰
地球磁场也会产生大幅度的波动，所产生的干扰对电力系统和通信系统会产生影响。显然，单片机应用系统经常采用电力电网供电，经常会使用通信系统。对它们的干扰也就是对单片机应用系统的干扰。
[4] 宇宙干扰
太阳系以外的其他星系也会辐射无线电磁干扰，尤其是银河系的辐射更强。宇宙电磁干扰主要影响中波及短波通信。
③ 人为干扰源
人为干扰源普遍存在，尤其是随着技术的发展、各行各业的电器普遍增加，这就更增多了人为的干扰源，使人为干扰愈来愈严重。人为干扰主要由两种情况产生：
各种电子设备工作时会产生交变电流，交变电流会通过电磁辐射或传导向空间及周围的设备造成电磁干扰。例如，无线电广播和电视台、电力传输线、高频加工设备、变压器等，它们在工作过程中会产生这类干扰。通常，这类干扰是比较有规律的。
电子设备在工作过程中的瞬时干扰，设备中电流发生瞬间变化造成频谱很宽的电磁干扰。这类干扰往往是随机发生的，无规律的。
在单片机应用系统中，常见的人为干扰如下：
[1] 火花放电。汽车及内燃机的点火、继电器工作过程中的通断、整流子电钻电动机工作时均会产生强烈的电磁干扰。干扰脉冲群的宽度在mS数量级，单个脉冲宽度可窄到nS级，因此干扰的频谱宽度高达300MHz。
[2] 高压输电线路。高压输电线路上传输很高的电压和大电流，它们可以通过杂散的耦合电容和互感而对周围的电子设备造成干扰。另外，由于输电线上有极高的电压，遇到雾、雨、雪等天气或绝缘不好，均会产生放电。这时，靠近输电线铁塔就能听到放电所发出的响声。这种放电类似于上面所说的火花放电。高压放电会使输电线上带有频谱为几百Hz到几十MHz的谐波，能量主要集中在150kHz以下。这些谐波干扰会沿着电力输电线进入单片机应用系统。显然，这种频谱很宽的谐波还可以由输电线直接辐射而造成干扰。
[3] 电感性设备。大的变压器、电动机、电弧焊设备等都是电感性的设备，它们在起动、停止、工作过程及负载发生变化时均会使电流发生剧烈变化，产生不规则的干扰脉冲。这种干扰脉冲会沿着供电电网传播，从而干扰其他设备。
[4] 开关器件。电子设备中各种有源器件工作时均会使电流发生瞬态改变，尤其是数字电路工作时，这种电流瞬变的干扰既可以以电磁辐射的形式传播，影响其他设备工作，同时，这种电流瞬变的干扰又可以在设备内部对其他部件造成干扰。如：TTL电路工作时，随着其开关状态的变化同样会使电流发生改变。这种电流变化造成的干扰会经过电源内阻和接地电阻影响到其他电路。根据不同的器件和应用环境，TTL电路工作过程中会产生0.5-2V的干扰电压。如果不采取措施，此干扰足以影响其他TTL电路的工作。
[5] 静电放电。人体及没有接地球大地的设备都会产生很高的静电电压。人们会发现计算机CRT上会吸附许多细小的灰尘，那就是由于静电所引起的。人体同样会带有很高的静电，普通人手上所带静电电压超过5v。静电放电如果进入电子设备内部会对电子设备造成干扰甚至损坏器件。
[6] 电源。电源的作用通常是将电网提供的交流电转换成直流电，供给单片机应用系统使用。（http://www.gdzrlj.com/版权所有）电源是干扰的多发地点也是单片机应用系统的故障多发地点。电源中的干扰来源大致有如下几种：在电网直接受到雷电感应所产生的极高的浪涌电压，这种因雷电所产生的浪涌电压一般均达几kv，直接雷击的浪涌电压更高，会结单片机应用系统造成极大的危害；各种电气设备的接地或断开所引起的电网浪涌电压，例如，大变压器、电动机的起动或断开都会使电网产生数倍于常规电压的浪涌；电网上连接的电气设备接地或接地断开时所引起的浪涌电压；各种电气设备工作时产生的干扰馈送到电网上，使电网电压中带有干扰；电源电路本身产生的干扰，开关电源也会产生脉冲干扰等。
[7] 自激振荡。自激振荡是一种典型的系统内部的干扰。它由放大器的输入与输出之间产生正反馈引起的一种振荡。一旦出现自激振荡必定时电子线路造成影响，故自激振荡必须加以消除。
[8] 电晕放电。在臭氧发生器、高压输电线上均会发生电晕放电。这种放电会产生脉冲电流和高频振荡、它们会对电子线路造成干扰。