【導(dǎo)讀】車(chē)載電源供電系統(tǒng)中電源紋波會(huì)干擾電子設(shè)備的正常工作，瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈沖類(lèi)的干擾將會(huì)引起諸如MCU主芯片死機(jī)、數(shù)字邏輯電路中的高低電位誤動(dòng)作、數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)及控制系統(tǒng)失靈等故障。資深工程師牛衛(wèi)華詳細(xì)介紹了車(chē)載電子產(chǎn)品增加抗干擾電路的措施，包括汽車(chē)電磁干擾的產(chǎn)生， 噪聲干擾抑制技術(shù) 、 電氣隔離技術(shù)等七大尖峰干擾抑制技術(shù) 。
電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)必須考慮普適性，作為一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)該能應(yīng)用于各種各樣場(chǎng)合，也就是說(shuō)它不僅僅用在實(shí)驗(yàn)室和辦公室，也可能被用在野外，或其他各種工作條件惡劣的場(chǎng)合，可能周?chē)鷹l件優(yōu)越，也可能環(huán)境惡劣干擾頻繁，一個(gè)企業(yè)要生存那就得必須搞好產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性.質(zhì)量就是生命，如何保證所開(kāi)發(fā)的電子產(chǎn)品具有極高的抗干擾能力和可靠性一直是研制者魂?duì)繅?mèng)繞的問(wèn)題。
車(chē)載電源供電系統(tǒng)中電源紋波會(huì)干擾電子設(shè)備的正常工作，瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈沖類(lèi)的干擾將會(huì)引起諸如MCU主芯片死機(jī)、數(shù)字邏輯電路中的高低電位誤動(dòng)作、數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)及控制系統(tǒng)失靈等故障，給車(chē)載電子產(chǎn)品釀成難以估量的損失，因此必須采取措施加以抑制。
汽車(chē)電磁干擾的產(chǎn)生
汽車(chē)電氣設(shè)備中有許多導(dǎo)線、線圈和元件，它們有不同的電容和電感。而任何一個(gè)具有電感和電容的閉合回路都會(huì)形成振蕩回路，當(dāng)汽車(chē)上的電氣設(shè)備工作產(chǎn)生火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，以電磁波的形式發(fā)射到空氣中，其中點(diǎn)火系產(chǎn)生的電磁波頻率高、強(qiáng)度大影響尤為嚴(yán)重。火花塞的中心電極對(duì)其殼體有一定的電容，中心電極本身又有一定電感。這樣，火花塞的電容和電感就形成了一個(gè)振蕩回路。在火花塞放電時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩。連接火花塞的導(dǎo)線起著天線的作用，將振蕩以電波形式向空間發(fā)射。
實(shí)際上，在汽車(chē)上類(lèi)似這樣的電路還有很多。象發(fā)電機(jī)的電刷、喇叭、調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)等。這些電器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，而且由于回路中的電容、電感的大小不同產(chǎn)生的振蕩頻率也不相同，其頻率范圍很寬，對(duì)其他電器的干擾就很大。有資料表明，汽車(chē)上的電磁干擾頻率范圍在0.15～1000MHz。比如有汽車(chē)路過(guò)時(shí)對(duì)收音機(jī)、電視機(jī)的接收有明顯的影響。我們公司生產(chǎn)的點(diǎn)陣路牌和信息控制器是集電子微電腦于一體的精密產(chǎn)品，汽車(chē)電磁波對(duì)其工作有干擾是很正常的。
感性負(fù)載產(chǎn)生沿電源線傳播的干擾
汽車(chē)內(nèi)使用的各種類(lèi)型的電機(jī)都屬于感性負(fù)載。例如，雨刮器驅(qū)動(dòng)電機(jī)；汽車(chē)啟動(dòng)電機(jī)；空調(diào)電機(jī)等。當(dāng)感性負(fù)載的供電被突然切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向瞬變電壓，線圈初始儲(chǔ)能越大，關(guān)斷速度越快，瞬變過(guò)電壓就越高。實(shí)測(cè)結(jié)果，一般為-100V～300V；時(shí)間為0.2s～0.5s。
這種類(lèi)型的干擾雖然不具有連續(xù)性，但是它的瞬變電壓的幅值相當(dāng)大，偶爾的出現(xiàn)會(huì)對(duì)車(chē)載電器的電子模塊造成嚴(yán)重影響，甚至損壞。
車(chē)載電子產(chǎn)品的苛刻運(yùn)行環(huán)境主要表現(xiàn)在：車(chē)載系統(tǒng)上大耗能設(shè)備多，大功率特別是大感生負(fù)載的啟停往往會(huì)使整個(gè)車(chē)載電路產(chǎn)生幾十伏甚至幾百伏的尖脈沖干擾。車(chē)載電路系統(tǒng)的欠壓或過(guò)壓，常常達(dá)到額定電壓的百分之十五，有的甚至是百分之五十以上，這種惡劣的供電持續(xù)期有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十秒甚至數(shù)分鐘。例如發(fā)電機(jī)高速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其整機(jī)電壓會(huì)處于過(guò)壓狀態(tài)，而在汽車(chē)發(fā)動(dòng)點(diǎn)火時(shí).其整車(chē)電壓會(huì)一直處于欠壓狀態(tài)。在車(chē)載電路中各種信號(hào)線及電源線如綁扎在一起或走同一根多芯電纜，由于導(dǎo)線間存在電容性耦合、電感性耦合使電場(chǎng)磁場(chǎng)組合耦合，這也是車(chē)載電路系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾的主要原因之一，特別是信號(hào)線與汽車(chē)供電線同走一個(gè)長(zhǎng)的管道中、干擾尤甚，多路開(kāi)關(guān)或車(chē)載繼電器性能不好，也會(huì)引起車(chē)載電子產(chǎn)品的臨近通道信號(hào)的竄擾。還有車(chē)載系統(tǒng)中各種電磁部件的的控制變化也會(huì)干擾得使電子產(chǎn)品不能正常工作。“負(fù)載突降”指的是在車(chē)載發(fā)電機(jī)給電池充電時(shí)電池或者在供電給車(chē)載大型負(fù)載時(shí)候忽然關(guān)掉了負(fù)載的情形。這樣由負(fù)載突降引起的典型電流脈沖。這種突然斷接可能產(chǎn)生高達(dá)幾十伏甚至上百伏的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)橹绷靼l(fā)電機(jī)試圖給電池完全充電。直流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常把總線電壓“箝位”于車(chē)載電池的12V或者24V之間，因而使得直流發(fā)電機(jī)的下游電子產(chǎn)品的供電主端上百V的瞬態(tài)“尖峰”。此外現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變化也引響了車(chē)載電子產(chǎn)品的可靠性。
車(chē)載電子產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾各種各樣，具體情況具體分析，對(duì)不同的干擾采取不同的措施，此乃抗干擾的原則。這種靈活機(jī)動(dòng)的策略與普適性無(wú)疑是矛盾的。解決的辦法應(yīng)當(dāng)采用模塊化的方法。除了基本構(gòu)件外，針對(duì)不同的運(yùn)行場(chǎng)合，電子產(chǎn)品可裝配不同的選 件，以有效地抗干擾，提高可靠性。
尖峰干擾抑制技術(shù)
對(duì)車(chē)載電子產(chǎn)品正常工作危害最嚴(yán)重的是整車(chē)的尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：?jiǎn)?dòng)電機(jī)、汽車(chē)空調(diào)發(fā)電機(jī)、蓄電池充電發(fā)電機(jī)、繼電接觸器、車(chē)載帶逆變電路的鎮(zhèn)流器的或者充氣照明燈。尖峰干擾常使智能車(chē)載電子產(chǎn)品中的微電腦系統(tǒng)出現(xiàn)“掉程序”或“死機(jī)”對(duì)于這樣的問(wèn)題.可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制。
1 用硬件線路掏尖峰干擾的影響
有如下三種常用辦法：或在車(chē)載電子產(chǎn)品的電源輸入端串入按頻譜均均衡的原理設(shè)計(jì)的干擾器，將尖峰電壓集中能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性，或在車(chē)載電子產(chǎn)品的電源輸入端加超級(jí)隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖；或在電子產(chǎn)品的直流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻利用尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值減小，降低電子產(chǎn)品從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。
2 采用硬、軟件結(jié)合的看門(mén)狗技術(shù)抑制尖脈沖的影響
軟件方面這樣安排：只要在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，尖峰脈沖也就不會(huì)起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器。因而定時(shí)到信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)，引起系統(tǒng)復(fù)位中中斷，保證智能儀器回到正常的程序上來(lái)。
3 噪聲干擾抑制技術(shù)
廣義上講，一切無(wú)用的信號(hào)都叫噪聲。噪聲客觀存在，從某種意義上說(shuō)，開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品的過(guò)程自始至終就是和噪聲作斗爭(zhēng)的過(guò)程。
4 屏蔽技術(shù)
根據(jù)導(dǎo)線間電耦合、磁耦合及電磁耦合產(chǎn)生相互干擾的機(jī)現(xiàn)，在車(chē)載電子產(chǎn)品的布線方面應(yīng)做到：強(qiáng)電的饋線必須單獨(dú)走，絕對(duì)不能和信號(hào)線混在一起；努力使強(qiáng)信號(hào)線與弱信號(hào)線正交；不能避開(kāi)的平稱(chēng)走線，針對(duì)電場(chǎng)耦合引起的干擾，采用無(wú)網(wǎng)孔的鋁箔屏蔽電纜且使兩端引線外露部分量短，同軸電纜單端接地；針對(duì)磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的干擾，采用雙絞線，讓法線相反的小回路面積相等，使磁場(chǎng)干擾的影響相互抵消；針對(duì)電磁耦合產(chǎn)生的干擾可采用結(jié)合雙絞線和同軸電纜兩者優(yōu)點(diǎn)的雙絞屏蔽對(duì)，此外在干擾源周?chē)由掀帘误w且將屏蔽體一點(diǎn)接地，可把電場(chǎng)開(kāi)成的干擾源屏蔽掉，使之對(duì)鄰近導(dǎo)線或回路不產(chǎn)生干擾且可抑制磁場(chǎng)對(duì)弱信號(hào)回路可能造成的干擾。
下頁(yè)內(nèi)容：濾波 、電氣隔離和其他抗干擾技術(shù)
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5 濾波技術(shù)
對(duì)于車(chē)載供電系統(tǒng)建議采用LC諧振濾波電路。最少采用兩級(jí)濾波措施，第一節(jié)采用互感濾波方式.第二級(jí)采用LC組成的諧振濾波方式，嚴(yán)格的控制住尖峰脈沖對(duì)電路后級(jí)電子產(chǎn)品的干擾。
6 電氣隔離技術(shù)
為防止高電壓、大電流、大功率或輸線上產(chǎn)生的各種干擾信號(hào)進(jìn)入智能儀器內(nèi)部，防礙正常工作，可使信息傳輸?shù)穆窂皆陔姎馍细綦x，亦即隔離前后兩部分線路之間無(wú)電氣上的連接，在電氣上是互相獨(dú)立的兩上系統(tǒng)，各自獨(dú)立的電源和參考電位，互相間毫不相關(guān)，靠非電方式（如磁、光等）來(lái)傳送信息。
（1）磁隔離的方法
常見(jiàn)磁隔離種類(lèi)有：隔離變壓器、電流穩(wěn)壓器、各種電壓電流互感器，調(diào)制觸調(diào)式隔離放大器。可用來(lái)傳判定工關(guān)信號(hào)，也可用來(lái)傳遞交、緩變甚至是直流的模擬信號(hào)，在低頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想傳輸，但也有速度慢，功耗大，會(huì)造成較高的頻率信號(hào)的損失及開(kāi)關(guān)信號(hào)的前沿耳度下降等缺點(diǎn)。
（2）光隔離的方法
光隔離的方法是采用光傳遞信息進(jìn)行電氣隔離。由于光隔離的電氣絕緣性能極佳，光纜傳遞信號(hào)不會(huì)受到、強(qiáng)磁場(chǎng)等的影響，所以是一種較理想的隔離方法。常見(jiàn)的光隔離器件有：光電開(kāi)關(guān)、光電隔離器、光纜、光觸發(fā)可控硅及模擬信號(hào)光電隔離裝置等。因?yàn)槠涔男 ⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，開(kāi)發(fā)智能儀器應(yīng)首選這種方法。
7 其他抗干擾技術(shù)
（1）穩(wěn)壓技術(shù)
目前智能電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中常用的穩(wěn) 壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源，另一種是DC-DC隔離型穩(wěn) 壓電源，這對(duì)防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)干擾儀器正常工作有效。 但是建議公司采用后者，因?yàn)镈C-DC型穩(wěn)壓電源可以使尖峰脈沖嚴(yán)格的控制在逆變電源的開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí).車(chē)載電子產(chǎn)品雖然是共地的，但是在其VCC正電源上已經(jīng)嚴(yán)格的控制住了。而汽車(chē)電路中其地電位是永恒不變的，所以尖峰脈沖和其他低頻脈沖干擾之類(lèi)的信號(hào)是不會(huì)對(duì)低電位有效
（2）抑制共模干擾技術(shù)
采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗 或降低信號(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。
