单片机系统的电磁兼容性设计

文章摘要：① 正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1 MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10 MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。② 数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地；高频电路宜采用多点串联接地，

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　　① 正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1 MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10 MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

　　② 数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地；高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗。高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔，要尽量加大线性电路的接地面积。

　　③ 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，致使电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3 mm。

　　④ 接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：印刷电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪能力下降；若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

　　（3）退耦电容配置
　　PCB设计的常规做法之一，是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是：
　　① 电源输入端跨接10～100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的更好。

　　② 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01 pF的瓷片电容。如遇印刷板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10 pF的钽电容。

　　③ 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。

　　④ 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

　　此外，还应注意以下两点：

　　① 在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2 kΩ，C取2.2～47μF。

　　② CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时，对不用端要接地或接正电源。

　　（4）振荡器
　　几乎所有的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上，要求外接电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜在的敏感性，它能产生很短的时钟周期，因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外，石英晶体的外壳要接地。

　　（5）防雷击措施
　　室外使用的单片机系统或从室外架空引入室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有：气体放电管、TVS（Transient Voltage Suppression）等。气体放电管是当电源电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管，当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃至上千A的电流。

结 语

　　为了提高单片机系统的电磁兼容性，不仅要合理设计PCB板，而且要在电路结构上及软件中采取相应的措施。实践表明，在单片机系统的设计、制造、安装和运行的各个阶段，都需要考虑其电磁兼容性，只有这样，才能保证系统长期稳定、可靠、安全地运行。

  　（黄再银）

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