微型计算机系统中的干扰及抗干扰措施

微型计算机系统中的干扰及抗干扰措施

1引言

微型计算机（简称微型机）系统里的电信号主要以脉冲形式进行传输、存储、处理等，而电磁干扰往往以脉冲的形式进入微型机系统，当系统电磁兼容问题未得到很好解决时，电磁干扰将对系统造成危害。为此，必须对系统的电磁兼容问题给予高度关注。

2微型机系统中的主要干扰途径及防护措施

（1）空间干扰及防护措施

空间干扰源象宇宙射线、太阳风暴所引发的电离层风暴及各种电气设备所产生的电磁波所形成的辐射，对微型机系统的正常运行造成影响和危害。对这种空间电磁干扰目前所采用的防护措施多是选用良好的系统屏蔽，合理地设计地线系统及高频滤波等。

（2）过程通道干扰及防护措施

过程通道是指前向接口、后向接口与主机，或者是主机相互之间进行信息传输的途径。在过程通道中长线传输的干扰是主要的，随着系统主振频率越来越高，系统过程通道的长线传输越来越不可避免。

按照经验公式计算，当计算机主振频率为1MHz、传输线长于0.5m时；或者主振频率为4MHz、传输线长于0.3m时，即作为长线传输处理。

微型机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲数字信号，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减以及通道干扰等，为了保证信息在长线传输时的可靠性，使机器正常运行，主要采取光电耦合隔离，双绞线传输，阻抗匹配等防护措施。下面以光电耦合隔离为例加以说明。

采用光电耦合器可以将主机与前向、后向以及其它主机部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入主机，其原理如图1所示。

光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使过程通道上的信噪比大大提高。光电耦合具有很强的抗干扰能力，这是因为：

①光电耦合器的输入阻抗很小，一般为100Ω～1kΩ之间，而干扰源内阻则很大，通常为105～108Ω，因此能分压到光电耦合器输入端的噪声很小；

②干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，即使有很高电压幅值的干扰，由于不能够提供足够的电流而被抑制掉；

③光电耦合器是在密封条件下实现输入电路与输出电路的光耦合，不会受到外界光的干扰；

④输入电路与输出电路之间分布电容极小，一般仅为0.5pF～2pF，而且绝缘电阻很大，通常为1011～1012Ω，因此电路一边的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一边去。

在传输线较长、现场干扰十分强烈时，为了提高整个系统的可靠性，可以通过光电耦合器将长线完全“浮置”起来，如图2所示。

长线的“浮置”，去掉了长线两端间的公共地线，不但有效地消除了各逻辑电路的电流流经公共地线时所产生的噪声电压相互窜扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以防止受控设备短路时保护系统不受损坏。

3供电系统的干扰及防护措施

在微型机系统中最重要、危害最严重的干扰来自于供电电源。

（1）电源噪声来源、种类及危害

如果把电源电压变化持续时间定为Δt，那么，根据Δt的大小可以把电源干扰分为：

①过压、欠压、停电Δt>1s；

②浪涌、下陷、降出1s>Δt>10ms；

③尖峰电压Δt为μs级；

④射频干扰Δt为ns级。

过压、欠压、停电的危害是显而易见的，解决的办法是使用各种稳压器、电源调节器，对付暂短时间的停电则配置不间断电源（UPS）。

浪涌与下陷是电压的快变化，如果幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大（±10％～±15％），直接使用不一定会毁坏系统，但由于电源系统中有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器，往往会在这些变化点附近产生振荡，使得电压忽高忽低。如果有连续几个±10％～±15％的浪涌或下陷，由此造成的振荡能产生±30％～±40％的电源电压变化，而使系统无法工作，解决的办法是使用快速响应的交流电源调压器。

尖峰电压持续时间很短，一般不会毁坏系统，但对微机系统正常运行危害很大，会造成逻辑功能紊乱，甚至冲坏原程序。解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器，参数稳压器或超隔离变压器。

射频干扰对微机系统影响不大，一般加接2～3级低通滤波器即可解决。

（2）微型机供电系统的抗干扰措施

①采用交流稳压器防止电源系统的过压与欠压，保证供电稳定性，提高整个系统的可靠性；

②采用隔离变压器，即在变压器的初、次级之间加屏蔽层隔离，以消除分布电容的有害影响，提高抗共模干扰的能力；

③由谐波频谱分析可知，电源系统的干扰大部分是高次谐波，采用低通滤波滤去高次谐波，以改善电源的稳定性；

④采用分散独立稳压模块供电，提高供电的可靠性，此举也有利于电源散热，降低热噪声的干扰；

⑤采用高抗干扰稳压电源及干扰抑制器，提高整机系统的抗干扰能力。

4微型机系统对环境的要求

要保证微型机系统可靠而稳定地工作，必须使之有一个良好的外部环境和一套有效的维护保养制度，使之始终处于正常运行的环境规范之内。

（1）电源

微型机通常使用220V50Hz交流电源。要求电源电压稳定，因为电压忽高忽低波动太大，会加速电子器件的失效和损坏，因此应配置交流稳压器，保持交流电压稳定。

电源附近应无大的干扰源，另外，电网电压的波动、雷击、静电感应、外界强电磁场的干扰等，均会影响电源的稳定性，应考虑采取一定的监测、防护、屏蔽等措施。

对整个电源供电系统应设置过压、过流保护装置，一旦出现过压、过流或短路等故障，保护装置可自动切断电源。

（2）温度

当计算机系统工作时，机内的元器件将产生大量热量，若热量聚集而散发不出去，就会形成高温。当温度超过元器件本身所允许的环境温度时，就会使元器件故障率急剧增加，严重时导致部分元器件损坏，使机器无法正常工作。因此，除了在机器内部采取散热器、风扇等散热措施外，主要还要考虑整个系统的散热，即保持系统的外部环境温度有一个适当值。室温控制在21℃±3℃。

室温应随时可以监测。一般夏季温度可以稍高些，调到23℃±2℃；冬季温度可以稍低些，调到20℃±2℃，这样可减少室内外的温差，既可降低空调费用，又有利于使用人员的身体健康。

图1 光电耦合基本配置

图2传输长线的光耦浮置处理

（3）湿度

机房内应保持适当的湿度，一般相对湿度应保持在45％～65％为宜。相对湿度过高，如超过80％时，机器表面容易结露，引起元器件漏电、短路、触点生锈、导线发霉、断线等。相对湿度过低，如低于30％时，容易产生静电，引起机器误动作，严重时可能会引起元器件损坏。此外，还会使磁带、磁盘上的信息受到破坏。

（4）清洁度

尘埃和有害的工业气体对微型机的危害很大，尤其是尘埃过多，易引起元件漏电、触点接触不良，而且也容易吸收空气中的酸性离子等造成接插件很快腐蚀或焊点脱焊。尘埃尤其对磁盘危害更大，因为软盘的读写过程是磁头与磁表面接触，若灰尘侵入，会损坏磁头、划伤磁盘而使其不能使用。因此，对室内的气体要净化处理，保持室内的清洁度，要经常打扫卫生，消除积尘。室内空气的含尘量每天每立方米不超过5mg；

（5）降低噪音，避免强烈振动冲击，禁止在室内放置易燃、易爆及腐蚀性物品。

（6）建立科学的机房管理制度

科学的管理与使用计算机是保证机器长期稳定、高效率运行的重要手段。因此，必须建立行之有效的机器维护保养、室内卫生、安全保卫、值班、调度、设备保管等一系列制度，订出机器的使用操作规程，认真作好值班记录，详细记录每次机器的使用和故障情况，作为故障诊断的原始记录。

5结语

本文较详细地分析了各种干扰源及防护措施。一般情况下，电磁波幅射干扰、过程通道干扰的强度远大于空间干扰，成为主要干扰。某种特定情况下的空间干扰，象今年频发的太阳风暴上升为主要干扰，严重地破坏了短波通讯，必须引起重视。另外，随着电力电子应用技术的迅速发展，电网污染问题日趋严重，而电网污染引起微型机系统故障所占的比例也较大，这就要求一方面要加强绿色电源的开发、减小电力电子设备对电网的污染，另一方面继续在提高电源的稳定性和可靠性上多做工作。