【導(dǎo)讀】車載電源供電系統(tǒng)中電源紋波會干擾電子設(shè)備的正常工作，瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈沖類的干擾將會引起諸如MCU主芯片死機(jī)、數(shù)字邏輯電路中的高低電位誤動作、數(shù)據(jù)處理出錯及控制系統(tǒng)失靈等故障。資深工程師牛衛(wèi)華詳細(xì)介紹了車載電子產(chǎn)品增加抗干擾電路的措施，包括汽車電磁干擾的產(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)品開發(fā)必須考慮普適性，作為一個產(chǎn)品應(yīng)該能應(yīng)用于各種各樣場合，也就是說它不僅僅用在實(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合，可能周圍條件優(yōu)越，也可能環(huán)境惡劣干擾頻繁，一個企業(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)繅衾@的問題。
車載電源供電系統(tǒng)中電源紋波會干擾電子設(shè)備的正常工作，瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈沖類的干擾將會引起諸如MCU主芯片死機(jī)、數(shù)字邏輯電路中的高低電位誤動作、數(shù)據(jù)處理出錯及控制系統(tǒng)失靈等故障，給車載電子產(chǎn)品釀成難以估量的損失，因此必須采取措施加以抑制。
汽車電磁干擾的產(chǎn)生
汽車電氣設(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。而任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路，當(dāng)汽車上的電氣設(shè)備工作產(chǎn)生火花時就會產(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?；鸹ㄈ闹行碾姌O對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振蕩回路。在火花塞放電時就會產(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，在汽車上類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。這些電器工作時會產(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，對其他電器的干擾就很大。有資料表明，汽車上的電磁干擾頻率范圍在0.15～1000MHz。比如有汽車路過時對收音機(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，汽車電磁波對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
汽車內(nèi)使用的各種類型的電機(jī)都屬于感性負(fù)載。例如，雨刮器驅(qū)動電機(jī)；汽車啟動電機(jī)；空調(diào)電機(jī)等。當(dāng)感性負(fù)載的供電被突然切斷時，會產(chǎn)生反向瞬變電壓，線圈初始儲能越大，關(guān)斷速度越快，瞬變過電壓就越高。實(shí)測結(jié)果，一般為-100V～300V；時間為0.2s～0.5s。
這種類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)會對車載電器的電子模塊造成嚴(yán)重影響，甚至損壞。
車載電子產(chǎn)品的苛刻運(yùn)行環(huán)境主要表現(xiàn)在：車載系統(tǒng)上大耗能設(shè)備多，大功率特別是大感生負(fù)載的啟停往往會使整個車載電路產(chǎn)生幾十伏甚至幾百伏的尖脈沖干擾。車載電路系統(tǒng)的欠壓或過壓，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)期有時長達(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)時其整機(jī)電壓會處于過壓狀態(tài)，而在汽車發(fā)動點(diǎn)火時.其整車電壓會一直處于欠壓狀態(tài)。在車載電路中各種信號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、電感性耦合使電場磁場組合耦合，這也是車載電路系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾的主要原因之一，特別是信號線與汽車供電線同走一個長的管道中、干擾尤甚，多路開關(guān)或車載繼電器性能不好，也會引起車載電子產(chǎn)品的臨近通道信號的竄擾。還有車載系統(tǒng)中各種電磁部件的的控制變化也會干擾得使電子產(chǎn)品不能正常工作。“負(fù)載突降”指的是在車載發(fā)電機(jī)給電池充電時電池或者在供電給車載大型負(fù)載時候忽然關(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)場溫度、濕度的變化也引響了車載電子產(chǎn)品的可靠性。
車載電子產(chǎn)品在現(xiàn)場運(yùn)行所受到的干擾各種各樣，具體情況具體分析，對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)動的策略與普適性無疑是矛盾的。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，針對不同的運(yùn)行場合，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)
對車載電子產(chǎn)品正常工作危害最嚴(yán)重的是整車的尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：啟動電機(jī)、汽車空調(diào)發(fā)電機(jī)、蓄電池充電發(fā)電機(jī)、繼電接觸器、車載帶逆變電路的鎮(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)”對于這樣的問題.可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來抑制。
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，或在車載電子產(chǎn)品的電源輸入端加超級隔離變壓器，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時電阻值減小，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：只要在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，讓定時器重新開始計(jì)時，正常程序運(yùn)行，該定時器永遠(yuǎn)不會產(chǎn)生溢出脈沖，尖峰脈沖也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”則CPU就不會在定時到之前訪問定時器。因而定時到信號就會出現(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。
3 噪聲干擾抑制技術(shù)
廣義上講，一切無用的信號都叫噪聲。噪聲客觀存在，從某種意義上說，開發(fā)電子產(chǎn)品的過程自始至終就是和噪聲作斗爭的過程。
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，絕對不能和信號線混在一起；努力使強(qiáng)信號線與弱信號線正交；不能避開的平稱走線，針對電場耦合引起的干擾，采用無網(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；針對磁場耦合產(chǎn)生的干擾，采用雙絞線，讓法線相反的小回路面積相等，使磁場干擾的影響相互抵消；針對電磁耦合產(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，此外在干擾源周圍加上屏蔽體且將屏蔽體一點(diǎn)接地，可把電場開成的干擾源屏蔽掉，使之對鄰近導(dǎo)線或回路不產(chǎn)生干擾且可抑制磁場對弱信號回路可能造成的干擾。
下頁內(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)
對于車載供電系統(tǒng)建議采用LC諧振濾波電路。最少采用兩級濾波措施，第一節(jié)采用互感濾波方式.第二級采用LC組成的諧振濾波方式，嚴(yán)格的控制住尖峰脈沖對電路后級電子產(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）來傳送信息。
（1）磁隔離的方法
常見磁隔離種類有：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?？捎脕韨髋卸üりP(guān)信號，也可用來傳遞交、緩變甚至是直流的模擬信號，在低頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想傳輸，但也有速度慢，功耗大，會造成較高的頻率信號的損失及開關(guān)信號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，光纜傳遞信號不會受到、強(qiáng)磁場等的影響，所以是一種較理想的隔離方法。常見的光隔離器件有：光電開關(guān)、光電隔離器、光纜、光觸發(fā)可控硅及模擬信號光電隔離裝置等。因?yàn)槠涔男?、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，開發(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，這對防止電網(wǎng)電壓波動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關(guān)變壓器初級.車載電子產(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的信號是不會對低電位有效
（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 或降低信號源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。
