STWD100xP系統(tǒng)硬件抗電磁干擾技術的應用

1 嵌入式系統(tǒng)EMC的產(chǎn)生

嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的大小和抗電磁干擾的能力同系統(tǒng)本身功能有很大關系，不同嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾不同抗電磁干擾能力也不同。

1.1 高次諧波干擾

根據(jù)Fourier series任何一個周期信號S(t)并非單一波形，都由直流分量、基波和各次諧波組成，諧波頻率十分豐富，周期信號S(t)可以用式(1)表示：

直流成分，當n=1時表示信號基波，n=2，3，4，…表示信號2，3，4，…各次諧波，其中基波是該信號主要組成成份，很多時候信號的特性呈現(xiàn)為基波特性。例如在電源系統(tǒng)中交流信號為S(t)=380sin 2π50t表示市電信號存在n=1的基波，信號在基波附近諧波頻率不斷增加、幅度迅速衰減，從理論上說正弦和余弦信號頻譜只存在一點沖擊信號。正弦信號本身所產(chǎn)生的諧波較小而其他電磁干擾參雜在正弦信號中造成系統(tǒng)諧波很大。系統(tǒng)對信號的基波要加以利用，對信號的諧波要加以抑制、濾除。正弦信號本身對外來干擾信號的抑制能力較差容易出現(xiàn)EMC，嚴重干擾系統(tǒng)工作，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.2 嵌入式系統(tǒng)主頻過高，引起干擾

隨著電子技術的發(fā)展，CPU處理速度越來越快，數(shù)據(jù)吞吐量越來越大，主頻越來越高。8位51單片機系統(tǒng)主頻為12MHz，16位凌陽單片機系統(tǒng)主頻為50MHz，Altera公司Cyclone系列FPGA芯片系統(tǒng)主頻可達200MHz，以Inter PAX255，PAX270，PAX310為核心的嵌入式系統(tǒng)主頻可達820MHz，CPU主頻過高信號變化速率過快，信號幅度大的地方容易引起干擾。根據(jù)Fourier Series和Euler Formula，方波信號頻譜為Sine信號，Sine信號為連續(xù)信號其本身諧波很大，容易造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。2 嵌入式系統(tǒng)硬件抗EMC技術

嵌入式系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、不可靠因素有很多，干擾可以來自系統(tǒng)本身也可以來自本系統(tǒng)外其他系統(tǒng)，關于系統(tǒng)干擾靠軟件處理能起一定作用，但僅靠軟件沒有硬件的局面難以支撐，系統(tǒng)抗干擾問題始終難以解決。在可編程系統(tǒng)中為了增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，減小系統(tǒng)CPU開支，常用以下方法：

2.1 抑制電源諧波干擾

在可編程電子系統(tǒng)中，能夠解決好電源干擾問題就解決整個系統(tǒng)干擾的一大半，很多干擾都是從電源中出來，電源干擾過大會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。單純正弦信號不會有干擾，關鍵正弦信號處于干擾很大的環(huán)境中，這時正弦信號就會附加干擾。例如：電源線過長在電源線上就會產(chǎn)生寄生干擾，可以在電源線上加上小磁珠或磁環(huán)濾波，要求不高的情況下可以加100Ω電阻對干擾信號進行衰減，使干擾信號對系統(tǒng)不起作用。對開關電源來說，主要是振蕩器振蕩頻率過高引起諧波，不僅影響電源而且會影響整個系統(tǒng)，開關電源效率較高很多地方都采用，但在要求比較高的系統(tǒng)中仍然采用線性電源。

2.2 CPU選擇能夠滿足系統(tǒng)要求的最低主頻

CPU主頻過高系統(tǒng)時鐘加快，系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生的方波頻率升高，由方波帶來的諧波隨之增加。從Fourier Series和Euler Formula得單一方波比正弦波的諧波幅度大得多，諧波頻率復雜得多，由此系統(tǒng)主頻越高產(chǎn)生的諧波越復雜，影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。但隨著電子技術的發(fā)展，CPU主頻越來越高，電子系統(tǒng)越來越復雜，功能不斷增加，集成度不斷提高，但對于CPU來說無論哪方面使用，系統(tǒng)主頻夠用即可。

2.3 減小信號在傳輸過程中的衰減、畸變和反射

現(xiàn)代集成電路制造主要采用CMOS技術，輸入阻抗大、輸出阻抗小，抗干擾能力強，適合小信號放大。CMOS集成電路輸入電流大約為1 mA，信號在電路板上延時Td與電路板引線阻抗有關，阻抗越大信號衰減越大、信號延時越長、系統(tǒng)發(fā)熱越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。在高速系統(tǒng)設計過程中要考慮PCB信號傳輸延時Td，使信號人為延時Tr大于信號傳輸延時。

2.4 注意PCB布線和元器件高頻特性

PCB布線最大原則是元器件之間引線盡量短、信號線交叉盡量少，盡量不用或少用過孔。模擬地、數(shù)字地、高頻地分開走線，然后匯聚成一點，大功率器件、小功率器件和干擾信號特別大的器件在布局時要分開。對干擾信號特別敏感的高頻元器件可以用金屬罩屏蔽起來，避免電磁干擾。

2.5 退耦電容的使用

一般在系統(tǒng)集成電路