电源抗干扰性设计心得

电源抗干扰性设计心得

——永豪电子硬件开发部 王春卿

    随着永豪电子一卡通产品的不断推陈出新，我和我的开发团队将会不断的将我们开发过程中积累的技术问题、解决方案及程序设计心得与大家分享。

    启动一个硬件开发项目，要充分考虑到整个系统架构、应用软件的功能实现、系统细分能力的提升等等。所以，作为一个硬件系统的设计者，要了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最合适的硬件解决方案。那么，在研制带处理器的电子产品时，如何提高抗干扰能力和电磁兼容性，就相当重要了。

    例如永豪电子经营了近6年的公交POS系统，随着市场的变化，我们在原有产品上一再升级，到今天的6.0版本；已是添加了GPS、GPRS、VCR等模块的全功能产品。因此，电源部分再也不能象最初版本那样——用个普通的线性降压的稳压管LM2940就能保证正常供电了。如：一个GPRS通讯模块在工作状态时最大峰值电流就能达到2A。电源是保证硬件系统正常工作的基础，设计中要详细的分析：系统能够提供的电源输入；单板需要产生的电源输出；各个电源需要提供的电流大小；电源电路效率；各个电源能够允许的波动范围；整个电源系统需要的上电顺序等等。还要考虑成本控制，例如采：用开关电源芯片，成本高且干扰大。

    一些系统要特别注意抗电磁干扰： (1) 微控制器时钟频率特别高，总线周期特别快的系统。(2) 系统含有大功率，大电流驱动电路，如我司的GPRS/CDMA公交系统等。 (3) 含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。

    为增加系统的抗电磁干扰能力，采用频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍。微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。同时信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。

    可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在4~20ns之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。

    用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则：信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。所以说用好去耦电容、元件布置合理、印制电路板都很关键。

    从技术的角度来说，每个设计最终都可以做出来，但是一个项目的成功与否，不仅仅取决于技术上的实现，还与产品的质量有很大的关系。

    以上为本人一些浅薄经验，望各位同行批评指正、互励共勉；不懈的学习和积累，才能使一个硬件设计人员持续不断的进步。

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