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一、开关电源干扰分类

功率开关器件的高频开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。

开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。

开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种；若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。

使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。

二、开关电源产生干扰的四条主要原因

1、开关管工作时产生的谐波干扰

现象描述

某接地台式产品，对接地端子处进行测试电压为6KV的ESD接触放电测试时，系统出现复位现象。测试中尝试将接地端子与内部数字工作地相连的 Y电容断开，测试结果并未明显改善。

原因分析

ESD干扰进入产品内部电路，形式多种多样。对于本案例中的被测产品来说，其测试点为接地点，大部分的ESD干扰能量将从接地线流走，也就是说ESD电流并没有直接流入该产品的内部电路，但是，处在IEC61000-4-2标准规定的ESD测试环境中的这个台式设备，其接地线长度在1m左右，该接地线将产生较大的接地引线电感（可以用1u H/m来估算），在静电放电干扰发生时（即图1中开关K闭合时），高的频率（小于1ns的上升沿）静电放电电流并不能使该被测产品接地点上的电压为零（即图1 中G点的电压在K闭合时并不为零）。这个在接地端子上不为零电压将会进一步进入产品内部电路。图1已经给出了ESD干扰进入产品内部PCB的原理图。

抗干扰问题是现代电路设计中一个很重要的环节，它直接反映了整个系统的性能和工作的可靠性。对PCB工程师来说，抗干扰设计是大家必须要掌握的重点和难点。

PCB板中干扰的存在

在实际研究中发现,PCB板的设计主要有四方面的干扰存在：电源噪声、传输线干扰、耦合和电磁干扰（EMI）。

1、电源噪声

高频电路中，电源所带有的噪声对高频信号影响尤为明显。因此，首先要求电源是低噪声的。在这里，干净的地和干净的电源同样重要。

地环路经常来无踪，去无影，只在示波器上留下一道痕迹。

在电子设备正常工作的时候，它就突然出现了，然后又消失了。

地环路干扰是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是地环路电流的存在。

由于地环路干扰是由地环路电流导致的，因此在实践中，有时会发现，当将一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。

这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，短开地线与否关系不大。

地环路干扰形成的原因1：

作者：庄苏巧、官庚

电磁干扰（EMI）是系统上的电磁噪声的辐射或感应。与大多数电磁电路组件一样，电机是EMI的常见来源。它们是潜在的噪声源，可以产生共模电流。EMI可能导致性能下降，数据损坏，或者如果足够强可能导致系统完全失效。而电机就是主要的干扰源之一，在电机工作的情况下，存在辐射和传导发射问题，干扰源分别来自磁源和电源。

1、有刷电机的工作原理

有刷电机是大家最早接触的一类电机，中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。

随着电子技术的发展，电磁兼容性问题成为电路设计工程师极为关注和棘手的问题。根据多年的工程经验，大家普遍认为电磁兼容性标准中最重要的也是最难解决的两个项目就是传导发射和辐射发射。为了满足传导发射限制的要求，通常使用电磁干扰(EMI)滤波器来抑制电子产品产生的传导噪声。但是怎么选择一个现有的滤波器或者设计一个能满足需要的滤波器？工程师表现得很盲目，只有凭借经验作尝试。首先根据经验使用一个滤波器，如果不能满足要求再重新修改设计或者换另一个新的滤波器。因此，要找到一个合适的EMI滤波器就成为一个费时且高成本的任务。

电子系统产生的干扰特性

解决问题首先要了解电子系统产生的总干扰情况，需要抑制多少干扰电压才能满足标准要求?共模干扰是多少，差模干扰是多少?只有明确了这些干扰特性我们才能根据实际的需要提出要求。

从被测物体的电流路径来看，干扰信号回流路径可能通过地线，或者通过其它电网，如图1所示。通过地线的干扰电流在电源网上产生同相位的共模干扰电压。通过其它线在两根电源线上产生反相的差模干扰电压。干扰电流的路径如图2所示。

1、元器件的合理布局

(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。

(2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。

(3)注意晶振PCB设计布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。

(4)电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机，继电器)与敏感元件(如单片机)远离。

(5)用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片PCB设计布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。

(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。

形成干扰的基本要素有三个：

(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。

(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

(3)敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。(类似于传染病的预防)

对于新手来说，在单片机的电路设计中可能不会很注意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响，但是对于一个电子工程师来说其中的厉害关系就不言而喻了，它不仅关系了单片机在控制在中的能力和准确度，还关系到企业在行业中的竞争。

对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理，下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数

1.电压

电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。

2.频率

高频产生更多的发射，周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3.接地

在所有EMC题目中，主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率低于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频;在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4.PCB设计

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