如何应对单片机中的串模干扰

一、光电隔离

开关量输入/输出通道和模拟量输入/输出通道，都是干扰窜入的渠道，要切断这些渠道，就要去掉外部与输入/输出通道之间的公共地线，实现彼此电气隔离以抑制干扰脉冲。最常用的隔离器是光电耦合器，其内部结构 图 9.5(a)， 图 9.5(b) 为接入光电耦合器的数字电路。

图 9.5 二极管、三极管光电耦合器

光电耦合器的应用非常广泛，概括起来可分为两类：一是输入输出的隔离;二是消除和抑制噪声。

1.输入/输出隔离

当回路用光电耦合器隔离后，线路非常简单，不必担心输入/输出的接地。

1) 脉冲电路的应用

门电路将不同电位的信号，加到光电耦合器上，构成简单的逻辑电路，可方便地用于各种逻辑电路相连的输入端，能把信号送到输出端，而输入端的噪声不会送出。

2) 整形放大

在测量微弱电流时，常常采用由光电耦合器构成的整形放大器。若放大器中使用机械换流器(或场效应管)时，响应速度慢，有尖峰干扰，影响电路工作。采用光电耦合器就没有这样的问题，尖峰噪声可以去掉。

2.消除由负载引起的噪声

用逻辑电路信号来驱动可控硅 ，如图 9.6 所示，由于负载为感性开关电路，产生的尖峰噪声用光电耦合器隔离输入输出后，负载上的噪声就 不会反馈到逻辑电路。

二、硬件滤波电路

常用的低通滤波器有 RC 滤波器、LC 滤波器、 双 T 滤波器及有源滤波器等，它们的结构图分别见图 9.7(a)、(b)、(c)、(d)。

图 9.7 四种滤波器的结构图

RC 滤波器的结构简单，成本低，不需调整。但它的串模抑制比不高，时间常数 RC 较大，会影响放大器的动态特性。

LC 滤波器的串模抑制比高，但需要绕制电感，体积大，成本高。

双 T 滤波器对某一固定频率的干扰具有很高的抑制比，主要用于工频干扰，对高频干扰无能为力。双 T 滤波器结构简单，但调整起来较麻烦。

有源滤波器可以获得较为理想的频率特性，但有源器件的共模抑制比一般难以满足要求，其本身带来的噪声也比较大。

硬件滤波电路能够削弱各类高频干扰，但低通滤波器的截止频率若定得很低( 如 0.1 Hz)，就难以胜任，此时可采用软件滤波(数字滤波) 来实现。

三、过压保护电路

在输入通道上采用一定的过压保护电路 ，以防引入高压，损坏系统电路。过压保护电路由限流电阻和稳压管组成，稳压值以略高于最高传送信号电压为宜。对于微弱信号(0.2V 以下)， 采用两支反并联的二极管，也可起到过压保护作用。

四、调制解调技术

有时，有效信号的频谱与干扰的频谱相互交错，使用一般硬件滤波很难分离，可采用调制解调技术。先用已知频率的信号对有效信号进行调制，调制后的信号频谱应远离干扰信号的频谱区域。传输中各种干扰信号很容易被滤波器滤除，被调制的有效信号经解调器解调后，恢复原状。有时，不用硬件解调，运用软件中的相关算法，也可达到解调的目的。

五、抗干扰稳压电源

供电线路是干扰入侵系统的主要途径，要使单片机系统稳定可靠，在电源方面常用的抗干扰措施有：

(1) 应用系统的供电线路和产生干扰的用电设备分开供电。

(2) 通过低通滤波器和隔离变压器接入电网，如图 9.8 所示。低通滤波器可吸收大部分电网中的“毛刺”。隔离变压器在初级和次级之间加入了一层屏蔽层，并将它和铁芯一起接地。

(3) 整流组件上并接滤波电容。滤波电容选用 1000 pF ~ 0.01 μF 的瓷片 电容，接法 参见图 9.8 。

(4) 采用高质量的稳压电源。要求电源的等效内阻小于系统等效负载电阻数百倍。为 进一步加强抗干扰效果，滤波电容采用电解电容并接上一个瓷片电容或独石电容。参见图 9.8 。在系统电路主板上，电源与地之间，最好每隔一定位置跨接一些滤波电容。

图 9.8 抗干扰稳压电源

六、数字信号采用负逻辑传输

干扰源作用于高阻线路上，容易形成较大幅度的干扰信号，而对低阻线路影响要小一些。在数字系统中，输出低电平时内阻较小，输出高电平 时内阻较大。如果我们采用负逻辑传输，就可以减少干扰引起的误动作，提高数字信号传输的可靠性。