微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的干擾及抗干擾措施

1引言

微型計(jì)算機(jī)（簡稱微型機(jī)）系統(tǒng)里的電信號(hào)主要以脈沖形式進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、處理等，而電磁干擾往往以脈沖的形式進(jìn)入微型機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)電磁兼容問題未得到很好解決時(shí)，電磁干擾將對系統(tǒng)造成危害。為此，必須對系統(tǒng)的電磁兼容問題給予高度關(guān)注。

2微型機(jī)系統(tǒng)中的主要干擾途徑及防護(hù)措施

（1）空間干擾及防護(hù)措施

空間干擾源象宇宙射線、太陽風(fēng)暴所引發(fā)的電離層風(fēng)暴及各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電磁波所形成的輻射，對微型機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響和危害。對這種空間電磁干擾目前所采用的防護(hù)措施多是選用良好的系統(tǒng)屏蔽，合理地設(shè)計(jì)地線系統(tǒng)及高頻濾波等。

（2）過程通道干擾及防護(hù)措施

過程通道是指前向接口、后向接口與主機(jī)，或者是主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐緩?。在過程通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要的，隨著系統(tǒng)主振頻率越來越高，系統(tǒng)過程通道的長線傳輸越來越不可避免。

按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)計(jì)算機(jī)主振頻率為1MHz、傳輸線長于0.5m時(shí)；或者主振頻率為4MHz、傳輸線長于0.3m時(shí)，即作為長線傳輸處理。

微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖數(shù)字信號(hào)，它在傳輸線上傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減以及通道干擾等，為了保證信息在長線傳輸時(shí)的可靠性，使機(jī)器正常運(yùn)行，主要采取光電耦合隔離，雙絞線傳輸，阻抗匹配等防護(hù)措施。下面以光電耦合隔離為例加以說明。

采用光電耦合器可以將主機(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機(jī)，其原理如圖1所示。

光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。光電耦合具有很強(qiáng)的抗干擾能力，這是因?yàn)椋?/p>

①光電耦合器的輸入阻抗很小，一般為100Ω～1kΩ之間，而干擾源內(nèi)阻則很大，通常為105～108Ω，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很??；

②干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能夠提供足夠的電流而被抑制掉；

③光電耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入電路與輸出電路的光耦合，不會(huì)受到外界光的干擾；

④輸入電路與輸出電路之間分布電容極小，一般僅為0.5pF～2pF，而且絕緣電阻很大，通常為1011～1012Ω，因此電路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。

在傳輸線較長、現(xiàn)場干擾十分強(qiáng)烈時(shí)，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，可以通過光電耦合器將長線完全“浮置”起來，如圖2所示。

長線的“浮置”，去掉了長線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配等問題，同時(shí)也可以防止受控設(shè)備短路時(shí)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。

3供電系統(tǒng)的干擾及防護(hù)措施

在微型機(jī)系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾來自于供電電源。

（1）電源噪聲來源、種類及危害

如果把電源電壓變化持續(xù)時(shí)間定為Δt，那么，根據(jù)Δt的大小可以把電源干擾分為：

①過壓、欠壓、停電Δt>1s；

②浪涌、下陷、降出1s>Δt>10ms；

③尖峰電壓Δt為μs級；

④射頻干擾Δt為ns級。

過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見的，解決的辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對付暫短時(shí)間的停電則配置不間斷電源（UPS）。

浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會(huì)毀壞系統(tǒng)。即使變化不大（±10％～±15％），直接使用不一定會(huì)毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中有反應(yīng)遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往往會(huì)在這些變化點(diǎn)附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如果有連續(xù)幾個(gè)±10％～±15％的浪涌或下陷，由此造成的振蕩能產(chǎn)生±30％～±40％的電源電壓變化，而使系統(tǒng)無法工作，解決的辦法是使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器。

尖峰電壓持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但對微機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行危害很大，會(huì)造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞原程序。解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器，參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。

射頻干擾對微機(jī)系統(tǒng)影響不大，一般加接2～3級低通濾波器即可解決。

（2）微型機(jī)供電系統(tǒng)的抗干擾措施

①采用交流穩(wěn)壓器防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓，保證供電穩(wěn)定性，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；

②采用隔離變壓器，即在變壓器的初、次級之間加屏蔽層隔離，以消除分布電容的有害影響，提高抗共模干擾的能力；

③由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾大部分是高次諧波，采用低通濾波濾去高次諧波，以改善電源的穩(wěn)定性；

④采用分散獨(dú)立穩(wěn)壓模塊供電，提高供電的可靠性，此舉也有利于電源散熱，降低熱噪聲的干擾；

⑤采用高抗干擾穩(wěn)壓電源及干擾抑制器，提高整機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。

4微型機(jī)系統(tǒng)對環(huán)境的要求

要保證微型機(jī)系統(tǒng)可靠而穩(wěn)定地工作，必須使之有一個(gè)良好的外部環(huán)境和一套有效的維護(hù)保養(yǎng)制度，使之始終處于正常運(yùn)行的環(huán)境規(guī)范之內(nèi)。

（1）電源

微型機(jī)通常使用220V50Hz交流電源。要求電源電壓穩(wěn)定，因?yàn)殡妷汉龈吆龅筒▌?dòng)太大，會(huì)加速電子器件的失效和損壞，因此應(yīng)配置交流穩(wěn)壓器，保持交流電壓穩(wěn)定。

電源附近應(yīng)無大的干擾源，另外，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、雷擊、靜電感應(yīng)、外界強(qiáng)電磁場的干擾等，均會(huì)影響電源的穩(wěn)定性，應(yīng)考慮采取一定的監(jiān)測、防護(hù)、屏蔽等措施。

對整個(gè)電源供電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置過壓、過流保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)過壓、過流或短路等故障，保護(hù)裝置可自動(dòng)切斷電源。

（2）溫度

當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)，機(jī)內(nèi)的元器件將產(chǎn)生大量熱量，若熱量聚集而散發(fā)不出去，就會(huì)形成高溫。當(dāng)溫度超過元器件本身所允許的環(huán)境溫度時(shí)，就會(huì)使元器件故障率急劇增加，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致部分元器件損壞，使機(jī)器無法正常工作。因此，除了在機(jī)器內(nèi)部采取散熱器、風(fēng)扇等散熱措施外，主要還要考慮整個(gè)系統(tǒng)的散熱，即保持系統(tǒng)的外部環(huán)境溫度有一個(gè)適當(dāng)值。室溫控制在21℃±3℃。

室溫應(yīng)隨時(shí)可以監(jiān)測。一般夏季溫度可以稍高些，調(diào)到23℃±2℃；冬季溫度可以稍低些，調(diào)到20℃±2℃，這樣可減少室內(nèi)外的溫差，既可降低空調(diào)費(fèi)用，又有利于使用人員的身體健康。

圖1 光電耦合基本配置

圖2傳輸長線的光耦浮置處理

（3）濕度

機(jī)房內(nèi)應(yīng)保持適當(dāng)?shù)臐穸龋话阆鄬穸葢?yīng)保持在45％～65％為宜。相對濕度過高，如超過80％時(shí)，機(jī)器表面容易結(jié)露，引起元器件漏電、短路、觸點(diǎn)生銹、導(dǎo)線發(fā)霉、斷線等。相對濕度過低，如低于30％時(shí)，容易產(chǎn)生靜電，引起機(jī)器誤動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起元器件損壞。此外，還會(huì)使磁帶、磁盤上的信息受到破壞。

（4）清潔度

塵埃和有害的工業(yè)氣體對微型機(jī)的危害很大，尤其是塵埃過多，易引起元件漏電、觸點(diǎn)接觸不良，而且也容易吸收空氣中的酸性離子等造成接插件很快腐蝕或焊點(diǎn)脫焊。塵埃尤其對磁盤危害更大，因?yàn)檐洷P的讀寫過程是磁頭與磁表面接觸，若灰塵侵入，會(huì)損壞磁頭、劃傷磁盤而使其不能使用。因此，對室內(nèi)的氣體要凈化處理，保持室內(nèi)的清潔度，要經(jīng)常打掃衛(wèi)生，消除積塵。室內(nèi)空氣的含塵量每天每立方米不超過5mg；

（5）降低噪音，避免強(qiáng)烈振動(dòng)沖擊，禁止在室內(nèi)放置易燃、易爆及腐蝕性物品。

（6）建立科學(xué)的機(jī)房管理制度

科學(xué)的管理與使用計(jì)算機(jī)是保證機(jī)器長期穩(wěn)定、高效率運(yùn)行的重要手段。因此，必須建立行之有效的機(jī)器維護(hù)保養(yǎng)、室內(nèi)衛(wèi)生、安全保衛(wèi)、值班、調(diào)度、設(shè)備保管等一系列制度，訂出機(jī)器的使用操作規(guī)程，認(rèn)真作好值班記錄，詳細(xì)記錄每次機(jī)器的使用和故障情況，作為故障診斷的原始記錄。

5結(jié)語

本文較詳細(xì)地分析了各種干擾源及防護(hù)措施。一般情況下，電磁波幅射干擾、過程通道干擾的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于空間干擾，成為主要干擾。某種特定情況下的空間干擾，象今年頻發(fā)的太陽風(fēng)暴上升為主要干擾，嚴(yán)重地破壞了短波通訊，必須引起重視。另外，隨著電力電子應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)污染問題日趨嚴(yán)重，而電網(wǎng)污染引起微型機(jī)系統(tǒng)故障所占的比例也較大，這就要求一方面要加強(qiáng)綠色電源的開發(fā)、減小電力電子設(shè)備對電網(wǎng)的污染，另一方面繼續(xù)在提高電源的穩(wěn)定性和可靠性上多做工作。