微型計算機系統(tǒng)中的干擾及抗干擾措施

1引言

微型計算機（簡稱微型機）系統(tǒng)里的電信號主要以脈沖形式進行傳輸、存儲、處理等，而電磁干擾往往以脈沖的形式進入微型機系統(tǒng)，當系統(tǒng)電磁兼容問題未得到很好解決時，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注。

2微型機系統(tǒng)中的主要干擾途徑及防護措施

（1）空間干擾及防護措施

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

（2）過程通道干擾及防護措施

過程通道是指前向接口、后向接口與主機，或者是主機相互之間進行信息傳輸?shù)耐緩健Ｔ谶^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)驗公式計算，當計算機主振頻率為1MHz、傳輸線長于0.5m時；或者主振頻率為4MHz、傳輸線長于0.3m時，即作為長線傳輸處理。

微型機應用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖數(shù)字信號，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減以及通道干擾等，為了保證信息在長線傳輸時的可靠性，使機器正常運行，主要采取光電耦合隔離，雙絞線傳輸，阻抗匹配等防護措施。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與前向、后向以及其它主機部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進入主機，其原理如圖1所示。

光電耦合的主要優(yōu)點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。光電耦合具有很強的抗干擾能力，這是因為：

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小；

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現(xiàn)輸入電路與輸出電路的光耦合，不會受到外界光的干擾；

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)場干擾十分強烈時，為了提高整個系統(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)動和阻抗匹配等問題，同時也可以防止受控設備短路時保護系統(tǒng)不受損壞。

3供電系統(tǒng)的干擾及防護措施

在微型機系統(tǒng)中最重要、危害最嚴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，如果幅度過大也會毀壞系統(tǒng)。即使變化不大（±10％～±15％），直接使用不一定會毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中有反應遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往往會在這些變化點附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如果有連續(xù)幾個±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的交流電源調(diào)壓器。

尖峰電壓持續(xù)時間很短，一般不會毀壞系統(tǒng)，但對微機系統(tǒng)正常運行危害很大，會造成邏輯功能紊亂，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，提高整機系統(tǒng)的抗干擾能力。

4微型機系統(tǒng)對環(huán)境的要求

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

（1）電源

微型機通常使用220V50Hz交流電源。要求電源電壓穩(wěn)定，因為電壓忽高忽低波動太大，會加速電子器件的失效和損壞，因此應配置交流穩(wěn)壓器，保持交流電壓穩(wěn)定。

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

對整個電源供電系統(tǒng)應設置過壓、過流保護裝置，一旦出現(xiàn)過壓、過流或短路等故障，保護裝置可自動切斷電源。

（2）溫度

當計算機系統(tǒng)工作時，機內(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，就會形成高溫。當溫度超過元器件本身所允許的環(huán)境溫度時，就會使元器件故障率急劇增加，嚴重時導致部分元器件損壞，使機器無法正常工作。因此，除了在機器內(nèi)部采取散熱器、風扇等散熱措施外，主要還要考慮整個系統(tǒng)的散熱，即保持系統(tǒng)的外部環(huán)境溫度有一個適當值。室溫控制在21℃±3℃。

室溫應隨時可以監(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

機房內(nèi)應保持適當?shù)臐穸龋话阆鄬穸葢３衷?5％～65％為宜。相對濕度過高，如超過80％時，機器表面容易結(jié)露，引起元器件漏電、短路、觸點生銹、導線發(fā)霉、斷線等。相對濕度過低，如低于30％時，容易產(chǎn)生靜電，引起機器誤動作，嚴重時可能會引起元器件損壞。此外，還會使磁帶、磁盤上的信息受到破壞。

（4）清潔度

塵埃和有害的工業(yè)氣體對微型機的危害很大，尤其是塵埃過多，易引起元件漏電、觸點接觸不良，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脫焊。塵埃尤其對磁盤危害更大，因為軟盤的讀寫過程是磁頭與磁表面接觸，若灰塵侵入，會損壞磁頭、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，避免強烈振動沖擊，禁止在室內(nèi)放置易燃、易爆及腐蝕性物品。

（6）建立科學的機房管理制度

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

5結(jié)語

本文較詳細地分析了各種干擾源及防護措施。一般情況下，電磁波幅射干擾、過程通道干擾的強度遠大于空間干擾，成為主要干擾。某種特定情況下的空間干擾，象今年頻發(fā)的太陽風暴上升為主要干擾，嚴重地破壞了短波通訊，必須引起重視。另外，隨著電力電子應用技術的迅速發(fā)展，電網(wǎng)污染問題日趨嚴重，而電網(wǎng)污染引起微型機系統(tǒng)故障所占的比例也較大，這就要求一方面要加強綠色電源的開發(fā)、減小電力電子設備對電網(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。