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

适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

5.电源往耦

当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压，高di/dt产生大范围的高频电流，激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二

对干扰措施的硬件处理方法

1.印刷线路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大，实践证实，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。

例如，假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近，会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。因此，在设计印刷电路板的时候，应留意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。

2.输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输进/输出也是干扰源的传导线，和接收射频干扰信号的拾检源，我们设计时一般要采取有效的措施：

①采用必要的共模/差模抑制电路，同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离)，从而阻断干扰的传播。

3.单片机复位电路的设计

在的单片机系统中，看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用，由于所有的干扰源不可能全部被隔离或往除，一旦进进CPU干扰程序的正常运行，那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复位系统有以下两种：

①外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。然而，他们各有优缺点，大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号不能响应，而高频“喂狗”信号都能响应，使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作，这样，假如程序系统陷进一个死循环，而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话，那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。然而，我们自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。

②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统，这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了，但是，有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单，这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令，使其失往监控作用。有一些单片机的片上复位指令就做的比较好，一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行，假如有一定错误则该“喂狗”操纵无效，这样就大大进步了复位电路的可靠性。

4.振荡器

大部分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，要求外接是电容、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伏的敏感性，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排挤引进室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有：气体放电管、TVS等。气体放电管是当电源的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进大地。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上千A的电流。

三

对干扰措施的软件处理方法

电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下(比如在一些电磁环境比较恶劣的情况下)是无法完全消除的，终极将会进进CPU处理的的核心单元，这样在一些大规模集成电路经常会受到干扰，导致不能正常工作或在错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件，往往会在强干扰下发生翻转，使原来存储的“0”变为“1”，或者“1”变为“0”;一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变;更严重的会破坏一些重要的数据参数等;造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。

1.程序会由于电磁干扰大致会一下几种情况：

①程序跑飞。

这种情况是最常见的干扰结果，一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可，对整个运行系统的不会产生太大的影响。

②死循环或不正常程序代码运行。

当然这种死循环和不正常程序代码并非设计职员有意写进的，我们知道程序的指令是由字节组成的，有的是单字节指令而有的是多字节指令，当干扰产生后使得PC指针发生变化，从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可猜测的可执行的程序代码，那么，这种错误是致命的，它会有可能会往修改重要的数据参数，有可能产生不可猜测的控制输出等一系列错误状态。

2.对重要参数储存的措施

一般情况下，我们可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。根据检错、纠错的原理，主要思想是在数据写进时，根据写进的数据天生一定位数的校验码，与相应的数据一起保存起来;当读出时，同时也将校验码读出，进行判决。假如出现一位错误则自动纠正，将正确的数据送出，并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据;假如出现两位错误则产生中断报告，通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的，具有实时性和自动完成的特点。通过这样的设计，能大大进步系统的抗干扰能力，从而进步系统的可靠性。

检错与纠错原理：

首先来看看检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加进不同方式的冗余码，以便在信息读出的时候依靠多余的监视码或校码码来发现或自动纠正错误。

针对误码发生的特点，即错误发生的随机性和小概任性，它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位(bit)，因此，假如能够设计自动纠正一位错误，而检查两位错误的编码方式。就可以大大进步系统的可靠性。

3.对RAM和FLASH(ROM)的检测

在编制程序时我们最好是写进一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码，看有无发生错误，一旦发生要立即纠正，纠正不了的要及时给出错误指示，以便用户往处理。

另外，在编制程序时加进程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加进三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时，在程序的运行状态中要引进标志数据和检测状态，从而及时发现和纠正错误产生。

电磁干扰介绍

电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象，它几乎和电磁效应的现象同时被发现，1981年英国科学家发表“论干扰”的文章，标志着研究干扰问题的开始。1989年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。

种类

电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

所谓“干扰”，电磁兼容指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音，摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花，拿起电话后听到无线电声音等，这些可以简称其为与“BC I” “TV I” “Tel I”，这些缩写中都有相同的“I”(干扰)(BC：广播)

那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢?理所当然是第二层含义，即干扰源，也包括受到干扰之前的电磁能量。

其次是“电磁”。电荷如果静止，称为静电。当不同的电位向一致移动时，便发生了静电放电，产生电流，电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。

电以各种状态存在，我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态，决定如何检测，如何评价。

分类

干扰源的分类方法很多。

1.1、一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。

自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分，同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰，也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。

人为干扰源是由机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。

1.2、从电磁干扰属性来分，可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。

功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用，如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。

1.3、从电磁干扰信号频谱宽度，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。

他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。

干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰，反之称为窄带干扰源。

1.4、从干扰信号的频率范围来分

可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz~300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干扰源(300MHz~100GHz)。

干扰

电磁干扰源

电磁干扰源包括微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件，如机电式继电器、开关电源、雷电等。在微控制器系统中，时钟电路是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被扩散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的发展，其边沿跳变速率很快，这种电路将产生高达300 MHz的谐波干扰。

耦合路径

噪声被耦合到电路中最容易被通过的导体传递，如图所示为分析电磁干扰机制。如果一条导线经过一个充满噪声的环境，该导线会感应环境噪声，并且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，由电源线携带的噪声就被传递到了整个电路，这是一种耦合情况。

耦合也发生在有共享负载(阻抗)的电路中。例如两个电路共享一条提供电源的导线或一条接地导线。如果其中一个电路需要一个突发的较大电流，而两个电路共享电源线，等效接入同一个电源内阻，电流的不平衡会导致另一个电路的电源电压下降。该耦合的影响可以通过减少共同的阻抗来削减。但电源内阻和接地导线是固定不变的。若接地不稳定，一个电路中流动的返回电流就会在另一个电路的接地回路中产生地电位的变动，地电位的变动将会严重降低模/数转换器、运算放大器和传感器等低电平模拟电路的性能。

另外，电磁波的辐射存在于每个电路中，这就形成了电路间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中，并且干扰电路中的其他信号。

接收器

所有的电子电路都可能受到电磁干扰。虽然一部分电磁干扰是以射频辐射的方式被直接接受的，但大多数电磁干扰是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，复位、中断和控制信号等临界信号最容易受到电磁干扰的影响。控制电路、模拟的低级放大器和电源调整电路也容易受到噪声的影响。

发射和抗干扰都可以根据辐射和传导的耦合来分类。辐射耦合在高频中十分常见，而传导耦合在低频中更为常见。

发射机与接收机之间的辐射耦合是由电磁能量通过辐射途径传输而产生的。例如来自附近设备的电磁能量通过直接辐射产生的耦合，或者自然界的与类似的电磁环境耦合进入接收机。

发射机与接收机之间的传导耦合经由连接两者之间的直接导电通路完成。例如当发射机与接收机共享同一电源线供电时，干扰会经电源线传送;其他传播途径还有信号线或控制线等。

为了进行电磁兼容性设计，达到电磁兼容性标准，其目的是将辐射减到最小，即降低产品中泄露的射频能量，同时增强其对辐射的抗干扰能力。

通过如图所示的电磁干扰模型，很容易找到抑制电磁干扰的方法，其方法如下：

· 设法降低电磁波辐射源或传导源;

· 切断耦合路径;

· 增加接收器的抗干扰能力。

实际工程中遇到电磁干扰问题时，应该以逻辑性的分析来探讨这一问题。不言而喻，只要存在干扰，就必然有干扰源、耦合路径和受扰对象这3个要素。因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这3个要素入手进行分析。一般而言，设计一个性能良好的PCB以降低射频能量是最经济有效的方法。而第2个和第3个要素倾向于采用屏蔽技术处理。这在后面会讲述到相关内容。

理论和实践的研究表明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。

因此干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。