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PCB布线的地线干扰与抑制 - 无图版
seeme --- 2007-11-11 14:25:59
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PCB布线的地线干扰与抑制
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" N& B; s1 f, E: `" u' C; Q中国连接器论坛 1．地线的定义www.--chinatyco.cn& s I# r* Y! |+ O$ F1 J
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什么是地线？大家在教科书上学的地线定义是：地线是作为电路电位基准点的等电位体。这个定义是不符合实际情况的。
7 N% g x/ I8 i5 n$ m, t! x实际地在线的电位并不是恒定的。如果用仪表测量一下地在线各点之间的电位，会发现地在线各点的电位可能相差很大。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.+ c6 Y5 [. a+ o& T, v1 Q
正是这些电位差才造成了电路工作的异常。电路是一个等电位体的定义仅是人们对地线电位的期望。连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable: R f3 a9 w5 e7 I! p
HENRY 给地线了一个更加符合实际的定义，他将地线定义为：信号流回源的低阻抗路径。这个定义中突出了地线中电流的流动。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.0 C0 ]( ~- c; n% J
按照这个定义，很容易理解地线中电位差的产生原因。因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。
" e0 v' B! r9 }1 O' c- j1 k中国连接器论坛因此，我们应该将地在线的电位想象成象大海中的波浪一样，此起彼伏。中国连接器论坛7 I' s* g( `7 x$ n; X! ?5 `
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2．地线的阻抗中国连接器论坛( b6 M: C x1 {# E( l
连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable& j8 P7 [% u: r. H' s$ w
谈到地线的阻抗引起的地在线各点之间的电位差能够造成电路的误动作，许多人觉得不可思议：我们用奥姆表测量地线的电阻时，
4 }2 H6 h0 D, C2 \3 t7 o连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable地线的电阻往往在毫奥姆级，电流流过这么小的电阻时怎么会产生这么大的电压降，导致电路工作的异常。要搞清这个问题，- m% z& G) c, |% J5 ` C* f
首先要区分开导线的电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable9 r9 `- f9 w' G4 H; J1 T# ~
电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于直流电阻，
( e/ y/ b% c" u连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable表1 给出的资料说明了这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，
* j! c1 C3 t+ [: \# }+ hwww.--chinatyco.cn因此会在地在线产生较大的电压。对于数字电路而言，电路的工作频率是很高的，因此地线阻抗对数字电路的影响是十分可观的。; g/ V5 W! D. U# E
表1 导线的阻抗（Ω）：8 m2 }3 i/ P$ n0 d
频率
& U1 ?: t/ ?" C3 g2 _3 \) q2 h9 F% B连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cableHz D = 0.65
0 Y* ^7 ?0 O/ k" n; w) @1 P# {www.--chinatyco.cn10cm 1m D = 0.27连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable; @% U( Z& ^4 q% ^+ {* s& _
10cm 1m D = 0.065
6 Q/ }7 ?0 V" n X6 swww.--chinatyco.cn10cm 1m D = 0.04连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable4 D: l/ y3 o8 D, p. g) f. `
10cm 1m 10 51.4m 517m 327m 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m 1k 429m 7.14m 632m 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m
; L& a0 C6 b& A5 i# R828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4
0 ~6 Y$ i2 X# A$ h% Y/ v' H: p! E- J中国连接器论坛82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 115
8 B1 B. D+ h- e }1 G. D" G" Z如果将10Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到10MHz 时，对于1米长导线，它的阻抗是直流电阻的1000 倍至10万倍。
/ j+ ?" r m( {& s7 [6 g+ F因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。从表上还可以看出，增加导线的直径对于减小直流电阻是十分有效的，
: F. I6 {9 Z" Qwww.--chinatyco.cn但对于减小交流阻抗的作用很有限。但在电磁兼容中，人们最关心的交流阻抗。为了减小交流阻抗，一个有效的办法是多根导线并联。中国连接器论坛( y, p. C, m1 i
当两根导线并联时，其总电感L为：
' @2 g1 a# G* l/ ?9 e' aL = ( L1 + M ) / 2
/ {8 C. X$ A7 K式中，L1 是单根导线的电感，M是两根导线之间的互感。从式中可以看出，当两根导线相距较远时，它们之间的互感很小，The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.6 G6 Y; {1 G4 G) J& Q
总电感相当于单根导线电感的一半。因此我们可以通过多条接地线来减小接地阻抗。但要注意的是，多根导线之间的距离不能过近。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.7 \" Y' T ]$ ~7 C# v# \6 i
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) p& |& @. r/ ]中国连接器论坛3．地线干扰机理连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable" ?- H$ }7 k1 x7 x! B0 s2 t
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3.1地环路干扰. E6 w, A c$ H& D+ i# x* p. ]2 Z l& x
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图1是两个接地的电路。由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地在线产生电压。当电流较大时，这个电压可以很大。
% c4 Y) I. @# a! d- C, ?( t; ?中国连接器论坛例如附近有大功率用电器启动时，会在地线在中流过很强的电流。这个电流会在两个设备的连接电缆上产生电流。由于电路的不平衡性，4 z% R1 G& o5 N+ p' J% A6 X
每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰。
/ G) g; u, \! H; z# ^: f" h中国连接器论坛地环路中的电流还可以由外界电磁场感应出来。
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$ t- [" o7 i, u' J4 w7 WThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.3.2公共阻抗干扰
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当两个电路共享一段地线时，由于地线的阻抗，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的调制。这样一个电路中的信号会耦合进另一个4 @* t: z5 H- h: j1 T% J* ^
电路，这种耦合称为公共阻抗耦合。
, h$ W1 _8 Z* z y! y0 S8 \0 L在数字电路中，由于信号的频率较高，地线往往呈现较大的阻抗。这时，如果存在不同的电路共享一段地线，就可能出现公共阻抗耦合的问题。- Z+ m4 y3 c5 l9 ]! Y4 I
图3 的例子说明了一种干扰现象。图3 是一个有四个门电路组成的简单电路。假设门1的输出电平由高变为低，
g0 x% F2 k- w这时电路中的寄生电容（有时门2 的输入端有滤波电容）会通过门1向地线放电，由于地线的阻抗，放电电流会在地在线产生尖峰电压，
8 ~) b4 E4 g# k1 @( U如果这时门3 的输出是低电平，则这个尖峰电压就会传到门3的输出端，门4的输入端，如果这个尖峰电压的幅度超过门4 的噪声门限，
: t% |1 }1 A0 a3 F1 q* I& I连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable就会造成门4的误动作。6 E7 V; X% G" p* h4 P) P. R
# s' v# V6 M$ Y; C6 f4 l/ nwww.--chinatyco.cn4．地线干扰对策6 F! h, W4 L: v- m% {6 O" i
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4.1地环路对策从地环路干扰的机理可知，只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰。如果能彻底消除地环路中的电流，则可以彻底解决. E* |# Z- s2 P7 X% F/ g8 B# C$ {7 K
地环路干扰的问题。
. g# K& P2 x, R! p/ r- A3 ?因此我们提出以下几种解决地环路干扰的方案。
' x" W- Q, n2 Q# s) R3 ~( D" }" F( M! @www.--chinatyco.cn连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable# U8 G% Q* T4 _) ?* a$ ^
A. 将一端的设备浮地如果将一端电路浮地，就切断了地环路，因此可以消除地环路电流。但有两个问题需要注意，一个是出于安全的考虑，
4 {, q; G. @- _: V# [ 往往不允许电路浮地。这时可以考虑将设备通过一个电感接地。这样对于50Hz的交流电流设备接地阻抗很小，而对于频率较高的干扰信号，
6 Z2 l2 y1 _ A6 n& | qwww.--chinatyco.cn 设备接地阻抗较大，减小了地环路电流。但这样做只能减小高频干扰的地环路干扰。另一个问题是，尽管设备浮地，但设备与地之间还是www.--chinatyco.cn) H% J7 {0 y3 O' z( |& @
有寄生电容，这个电容在频率较高时会提供较低的阻抗，因此并不能有效地减小高频地环路电流。www.--chinatyco.cn! r3 B, S3 h& D$ L5 {
B. 使用变压器实现设备之间的连接利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但要注意，变压器初次级之间的寄生电容仍然能够
& `' _! a0 i; t y" }www.--chinatyco.cn 为频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差。提高变压器高频隔离效果的一个办法是在
2 K! n4 U7 ^; _& M0 U+ ?# Z中国连接器论坛 变压器的初次级之间设置屏蔽层。但一定要注意隔离变压器屏蔽层的接地端必须在接受电路一端。否则，不仅不能改善高频隔离效果，
- u- h. B; j% a& b5 J0 F: T. F' Q 还可能使高频耦合更加严重。因此，变压器要安装在信号接收设备的一侧。经过良好屏蔽的变压器可以在1MHz以下的频率提供有效的隔离。
& [& h* }6 x- M; YC. 使用光隔离器另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输。这可以说是解决地环路干扰问题的最理想方法。用光连接有两种方法，5 y r8 X) M5 Y) l/ v" B
一种是光耦器件，另一种是用光纤连接。光耦的寄生电容一般为2pf，能够在很高的频率提供良好的隔离。光纤几乎没有寄生电容，但安装、连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable: c% \% R% m2 e* `5 P- ^' V3 h) ?
维护、成本等方面都不如光耦器件。! |& q3 W( F2 ~; m$ ?
D. 使用共模扼流圈在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗，这样在一定的地线电压作用下，地环路电流会减小。
6 L% n9 J# O9 n 但要注意控制共模扼流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果很差。共模扼流圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。
0 [3 g* p& i. V' b" G& ?3 Xwww.--chinatyco.cn
- H H: ~( U& E2 r- T( tThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable) f# X/ j; V" f6 j# J8 l
4.2消除公共阻抗耦合
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" Q5 N ^+ L; Owww.--chinatyco.cn消除公共阻抗耦合的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，这样公共地在线的电压也随之减小，从而控制公共阻抗耦合。www.--chinatyco.cn% t% v# {& Y6 c) m3 F! t, V% `
另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共享地线，一般要避免强电电路和弱电电路共享地线，数字电路和模拟电路共享地线。
9 e- R( x9 ]0 I5 L" H* Z8 Zwww.--chinatyco.cn如前所述，减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。这包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体作接地线。对于印刷线路板，连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable( ]3 U; l) l( P! D5 S
在双层板上布地线网格能够有效地减小地线阻抗，在多层板中专门用一层做地线虽然具有很小的阻抗，但这会增加线路板的成本。中国连接器论坛2 ?; X' u8 s8 T2 i, N
通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地，如图4 所示。并联接地的缺点是接地的导线过多。因此在实际中，连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable( k* D3 h9 f, d
没有必要所有电路都并联单点接地，对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地。例如，可以将电路按照强信号，弱信号，模拟信号，
. R' P: V5 X% z2 k" w( a连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable数字信号等分类，然后在同类电路内部用串联单点接地，不同类型的电路采用并联单点接地。
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* K4 K+ c& u6 p% M1 r( TThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.5．小结
2 m; }4 T+ g; U& z9 vThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.
0 I: E9 Y: G* ]# }8 Q地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地在线产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，
# X! O, O. g- i: NThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当两个电路共享一段地线时，会形成公共阻抗耦合。解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，
5 Y# g6 X r: ^$ u0 fwww.--chinatyco.cn使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗.www.--chinatyco.cn' @; g9 Z5 `2 G6 e5 n2 X5 v
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/ t7 P6 d9 G8 g7 v+ {The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with., W* O2 U' |+ O! f& a, x& K" r" P
单片机编程技巧－－功能强大的时钟中断
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功能强大的时钟中断
9 _, t% L$ A: f1 hThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.在单片机程序设计中，设置一个好的时钟中断，将能使一个CPU发挥两个CPU的功效，
, v2 |% D( j" Y. y( v大大方便和简化程序的编制，提高系统的效率与可操作性。我们可以把一些例行的及需要定时执行的程序放在时钟中断中，还可以利用时钟中断协助主程序完成定时、延时等操作。" T- V9 X5 i5 E
下面以6MHz时钟的AT89C51系统为例，说明时钟中断的应用。
+ H. _) [9 u. d: `+ p: a. Y3 b# P4 b连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable 定时器初值与中断周期 时钟中断无需过于频繁，一般取20mS(50Hz)即可。如需要百分之一秒的时基信号，可取10mS(100Hz)。这里取20mS，用定时器T0工作于16位定时器方式(方式1)。T0的工作方式为：每过一个机器周期自动加1，当计满0FFFFh，要溢出时，便会产生中断，并由硬件设置相应的标志位供软件查询。即中断时比启动时经过了N+1个机器周期。所以，我们只要在T0中预先存入一个比满值0FFFFh小N的数，然后启动定时器，便会在N个机器周期后产生中断。这个值便是所谓的“初值”。下面计算我们需要的初值：时钟为6MHz，12个时钟周期为一个机器周期，20mS中有10000个机器周期。(10000)10=(2710)16，则0FFFFh-2710h+1=0D8F0h。由于响应中断、保护现场及重装初值还需要7~8个机器周期，把这个值再加上7，即T0应装入的初值是0D8F7h。每次中断进入后，先把A及PSW的值压入堆栈，然后即把0D8F7h装入T0。
0 y8 o0 P9 Y$ I& ~/ T 设置一个单元，每次中断加1 我们可以取内部RAM中一个单元，取名为INCPI(Increase Per Interrupt)，在中断中，装完T0初值后，用INC INCPI指令将其加一。从这个单元中，无论中断程序还是主程序，都可以从中获得20mS的1~256之间任意整数倍的信号。例如：有一段向数码管送显的程序，需要每0.5秒执行一次以便刷新显示器，便可以设一单元(称为等待单元)W_DISP，用/MOV A,INCPI/ADD A,#25/MOV W_DISP,A/语句让其比当前的INCPI值大25，然后在每次中断中检查是否于INCPI值相等。若相等，说明已过了25个中断周期，便执行送显程序，并且让W_DISP再加上25，等待下个0.5秒。我们可以设置多个等待单元，以便取出多个不同的时基信号。让中断程序在每次中断时依次查询各个等待单元是否与INCPI相等，若相等，则执行相应的处理，并重新设置该等待单元的值，否则跳过。例如：用0.5秒信号刷新或闪烁显示器，用1秒信号产生实时时钟，或输出一定频率的方波，以一定间隔查询输入设备等。
1 B2 l- y3 j9 A/ E 在中断中读键 通常，我们在主程序中读键盘，步骤为：扫描键盘，若有键按下，则延时几十毫秒去抖动，再次确认此键确实按下，然后处理该键对应的工作，完成后再次重上述步骤。但这有两点不足：1.处理相应工作时无法锁存按键的输入，即可能漏键。2.延时去抖时CPU无法做其它事情，效率不高。如果把读键放入时钟中断中，则可避免上述不足。方法为：如果两次相邻的中断中都读到同一个键按下，则这个键是有效的(达到了去抖目的)，并将其锁存到先入先出(队列)的键盘缓冲区，等主程序来处理。这样，主程序处理按键的同时，仍可响应键盘的输入。缓冲区深度通常可设为8级，若锁存的键数多于8个，则忽略新的按键，并报警提示用户新的按键将无效。若键盘缓冲队列停滞的时间大大长于主程序处理按键所需要的最大时间，说明主程序已出错或跑飞，可以在中断用指令将系统复位，起到了看门狗的目的。
8 n5 ?: Z. L& P( s0 ~连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable 主程序中的延时 由于有常开的时钟中断，所以当主程序中有需要时间较短、精度较高的延时时，应暂时把时钟中断关闭。而程序中需要时间较长、精度不高的延时时，便可仿照下需的写法，避免多层嵌套的循环延时。
7 J7 ~9 T4 A( y3 x5 R ^3 X; Q 例：在P1.1输出1秒的高电平脉冲The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.3 E6 n! X7 Q" h+ u. I( ^$ a& }; e, `
MOV A,INCPI
' k/ {2 B; b0 z! T4 t中国连接器论坛 INC A. y+ }( h7 c5 C& b# `: @" D
CJNE A,INCPI$ ；等待一次中断处理完成
. l+ A1 P% s6 t+ o8 k5 D SETB P1.1 ；设P1.1为H，脉冲开始
' G7 S- q4 M# ]www.--chinatyco.cn ADD A,#50 ；50个20mS为1秒& d( {, A7 o; @9 U7 `4 Y, Q
CJNE A,INCPI,$ ；等中断将INCPI加一50次3 J2 T6 q& S4 B
CLR P1.1 ；设P1.1为L，脉冲结束连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable% {. B/ Q7 x- L- }) K2 Q0 V' I9 b
结束语：从上看出，要灵活地应用时钟中断，将任务合理分配给中断和主程序，并且二者要分工明确，接口简单。这其中的技巧还需要大家在实践中多多摸索与体会。另外要注意：应尽量缩短中断处理程序的执行时间，更不要长于20mS。
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什么是地线？大家在教科书上学的地线定义是：地线是作为电路电位基准点的等电位体。这个定义是不符合实际情况的。
7 N% g x/ I8 i5 n$ m, t! x实际地在线的电位并不是恒定的。如果用仪表测量一下地在线各点之间的电位，会发现地在线各点的电位可能相差很大。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.+ c6 Y5 [. a+ o& T, v1 Q
正是这些电位差才造成了电路工作的异常。电路是一个等电位体的定义仅是人们对地线电位的期望。连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable: R f3 a9 w5 e7 I! p
HENRY 给地线了一个更加符合实际的定义，他将地线定义为：信号流回源的低阻抗路径。这个定义中突出了地线中电流的流动。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.0 C0 ]( ~- c; n% J
按照这个定义，很容易理解地线中电位差的产生原因。因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。
" e0 v' B! r9 }1 O' c- j1 k中国连接器论坛因此，我们应该将地在线的电位想象成象大海中的波浪一样，此起彼伏。中国连接器论坛7 I' s* g( `7 x$ n; X! ?5 `
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2．地线的阻抗中国连接器论坛( b6 M: C x1 {# E( l
连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable& j8 P7 [% u: r. H' s$ w
谈到地线的阻抗引起的地在线各点之间的电位差能够造成电路的误动作，许多人觉得不可思议：我们用奥姆表测量地线的电阻时，
4 }2 H6 h0 D, C2 \3 t7 o连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable地线的电阻往往在毫奥姆级，电流流过这么小的电阻时怎么会产生这么大的电压降，导致电路工作的异常。要搞清这个问题，- m% z& G) c, |% J5 ` C* f
首先要区分开导线的电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable9 r9 `- f9 w' G4 H; J1 T# ~
电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于直流电阻，
( e/ y/ b% c" u连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable表1 给出的资料说明了这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，
* j! c1 C3 t+ [: \# }+ hwww.--chinatyco.cn因此会在地在线产生较大的电压。对于数字电路而言，电路的工作频率是很高的，因此地线阻抗对数字电路的影响是十分可观的。; g/ V5 W! D. U# E
表1 导线的阻抗（Ω）：8 m2 }3 i/ P$ n0 d
频率
& U1 ?: t/ ?" C3 g2 _3 \) q2 h9 F% B连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cableHz D = 0.65
0 Y* ^7 ?0 O/ k" n; w) @1 P# {www.--chinatyco.cn10cm 1m D = 0.27连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable; @% U( Z& ^4 q% ^+ {* s& _
10cm 1m D = 0.065
6 Q/ }7 ?0 V" n X6 swww.--chinatyco.cn10cm 1m D = 0.04连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable4 D: l/ y3 o8 D, p. g) f. `
10cm 1m 10 51.4m 517m 327m 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m 1k 429m 7.14m 632m 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m
; L& a0 C6 b& A5 i# R828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4
0 ~6 Y$ i2 X# A$ h% Y/ v' H: p! E- J中国连接器论坛82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 115
8 B1 B. D+ h- e }1 G. D" G" Z如果将10Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到10MHz 时，对于1米长导线，它的阻抗是直流电阻的1000 倍至10万倍。
/ j+ ?" r m( {& s7 [6 g+ F因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。从表上还可以看出，增加导线的直径对于减小直流电阻是十分有效的，
: F. I6 {9 Z" Qwww.--chinatyco.cn但对于减小交流阻抗的作用很有限。但在电磁兼容中，人们最关心的交流阻抗。为了减小交流阻抗，一个有效的办法是多根导线并联。中国连接器论坛( y, p. C, m1 i
当两根导线并联时，其总电感L为：
' @2 g1 a# G* l/ ?9 e' aL = ( L1 + M ) / 2
/ {8 C. X$ A7 K式中，L1 是单根导线的电感，M是两根导线之间的互感。从式中可以看出，当两根导线相距较远时，它们之间的互感很小，The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.6 G6 Y; {1 G4 G) J& Q
总电感相当于单根导线电感的一半。因此我们可以通过多条接地线来减小接地阻抗。但要注意的是，多根导线之间的距离不能过近。The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.7 \" Y' T ]$ ~7 C# v# \6 i
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) p& |& @. r/ ]中国连接器论坛3．地线干扰机理连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable" ?- H$ }7 k1 x7 x! B0 s2 t
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3.1地环路干扰. E6 w, A c$ H& D+ i# x* p. ]2 Z l& x
( P( a9 }% B0 D9 o4 ^- o
图1是两个接地的电路。由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地在线产生电压。当电流较大时，这个电压可以很大。
% c4 Y) I. @# a! d- C, ?( t; ?中国连接器论坛例如附近有大功率用电器启动时，会在地线在中流过很强的电流。这个电流会在两个设备的连接电缆上产生电流。由于电路的不平衡性，4 z% R1 G& o5 N+ p' J% A6 X
每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰。
/ G) g; u, \! H; z# ^: f" h中国连接器论坛地环路中的电流还可以由外界电磁场感应出来。
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$ t- [" o7 i, u' J4 w7 WThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.3.2公共阻抗干扰
* X/ h$ | u) |- j- z/ `中国连接器论坛 d! D' X8 E& o
当两个电路共享一段地线时，由于地线的阻抗，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的调制。这样一个电路中的信号会耦合进另一个4 @* t: z5 H- h: j1 T% J* ^
电路，这种耦合称为公共阻抗耦合。
, h$ W1 _8 Z* z y! y0 S8 \0 L在数字电路中，由于信号的频率较高，地线往往呈现较大的阻抗。这时，如果存在不同的电路共享一段地线，就可能出现公共阻抗耦合的问题。- Z+ m4 y3 c5 l9 ]! Y4 I
图3 的例子说明了一种干扰现象。图3 是一个有四个门电路组成的简单电路。假设门1的输出电平由高变为低，
g0 x% F2 k- w这时电路中的寄生电容（有时门2 的输入端有滤波电容）会通过门1向地线放电，由于地线的阻抗，放电电流会在地在线产生尖峰电压，
8 ~) b4 E4 g# k1 @( U如果这时门3 的输出是低电平，则这个尖峰电压就会传到门3的输出端，门4的输入端，如果这个尖峰电压的幅度超过门4 的噪声门限，
: t% |1 }1 A0 a3 F1 q* I& I连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable就会造成门4的误动作。6 E7 V; X% G" p* h4 P) P. R
# s' v# V6 M$ Y; C6 f4 l/ nwww.--chinatyco.cn4．地线干扰对策6 F! h, W4 L: v- m% {6 O" i
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4.1地环路对策从地环路干扰的机理可知，只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰。如果能彻底消除地环路中的电流，则可以彻底解决. E* |# Z- s2 P7 X% F/ g8 B# C$ {7 K
地环路干扰的问题。
. g# K& P2 x, R! p/ r- A3 ?因此我们提出以下几种解决地环路干扰的方案。
' x" W- Q, n2 Q# s) R3 ~( D" }" F( M! @www.--chinatyco.cn连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable# U8 G% Q* T4 _) ?* a$ ^
A. 将一端的设备浮地如果将一端电路浮地，就切断了地环路，因此可以消除地环路电流。但有两个问题需要注意，一个是出于安全的考虑，
4 {, q; G. @- _: V# [ 往往不允许电路浮地。这时可以考虑将设备通过一个电感接地。这样对于50Hz的交流电流设备接地阻抗很小，而对于频率较高的干扰信号，
6 Z2 l2 y1 _ A6 n& | qwww.--chinatyco.cn 设备接地阻抗较大，减小了地环路电流。但这样做只能减小高频干扰的地环路干扰。另一个问题是，尽管设备浮地，但设备与地之间还是www.--chinatyco.cn) H% J7 {0 y3 O' z( |& @
有寄生电容，这个电容在频率较高时会提供较低的阻抗，因此并不能有效地减小高频地环路电流。www.--chinatyco.cn! r3 B, S3 h& D$ L5 {
B. 使用变压器实现设备之间的连接利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但要注意，变压器初次级之间的寄生电容仍然能够
& `' _! a0 i; t y" }www.--chinatyco.cn 为频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差。提高变压器高频隔离效果的一个办法是在
2 K! n4 U7 ^; _& M0 U+ ?# Z中国连接器论坛 变压器的初次级之间设置屏蔽层。但一定要注意隔离变压器屏蔽层的接地端必须在接受电路一端。否则，不仅不能改善高频隔离效果，
- u- h. B; j% a& b5 J0 F: T. F' Q 还可能使高频耦合更加严重。因此，变压器要安装在信号接收设备的一侧。经过良好屏蔽的变压器可以在1MHz以下的频率提供有效的隔离。
& [& h* }6 x- M; YC. 使用光隔离器另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输。这可以说是解决地环路干扰问题的最理想方法。用光连接有两种方法，5 y r8 X) M5 Y) l/ v" B
一种是光耦器件，另一种是用光纤连接。光耦的寄生电容一般为2pf，能够在很高的频率提供良好的隔离。光纤几乎没有寄生电容，但安装、连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable: c% \% R% m2 e* `5 P- ^' V3 h) ?
维护、成本等方面都不如光耦器件。! |& q3 W( F2 ~; m$ ?
D. 使用共模扼流圈在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗，这样在一定的地线电压作用下，地环路电流会减小。
6 L% n9 J# O9 n 但要注意控制共模扼流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果很差。共模扼流圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。
0 [3 g* p& i. V' b" G& ?3 Xwww.--chinatyco.cn
- H H: ~( U& E2 r- T( tThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable) f# X/ j; V" f6 j# J8 l
4.2消除公共阻抗耦合
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" Q5 N ^+ L; Owww.--chinatyco.cn消除公共阻抗耦合的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，这样公共地在线的电压也随之减小，从而控制公共阻抗耦合。www.--chinatyco.cn% t% v# {& Y6 c) m3 F! t, V% `
另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共享地线，一般要避免强电电路和弱电电路共享地线，数字电路和模拟电路共享地线。
9 e- R( x9 ]0 I5 L" H* Z8 Zwww.--chinatyco.cn如前所述，减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。这包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体作接地线。对于印刷线路板，连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable( ]3 U; l) l( P! D5 S
在双层板上布地线网格能够有效地减小地线阻抗，在多层板中专门用一层做地线虽然具有很小的阻抗，但这会增加线路板的成本。中国连接器论坛2 ?; X' u8 s8 T2 i, N
通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地，如图4 所示。并联接地的缺点是接地的导线过多。因此在实际中，连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable( k* D3 h9 f, d
没有必要所有电路都并联单点接地，对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地。例如，可以将电路按照强信号，弱信号，模拟信号，
. R' P: V5 X% z2 k" w( a连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable数字信号等分类，然后在同类电路内部用串联单点接地，不同类型的电路采用并联单点接地。
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* K4 K+ c& u6 p% M1 r( TThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.5．小结
2 m; }4 T+ g; U& z9 vThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.
0 I: E9 Y: G* ]# }8 Q地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地在线产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，
# X! O, O. g- i: NThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当两个电路共享一段地线时，会形成公共阻抗耦合。解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，
5 Y# g6 X r: ^$ u0 fwww.--chinatyco.cn使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗.www.--chinatyco.cn' @; g9 Z5 `2 G6 e5 n2 X5 v
The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.: Z' ]8 o3 L% W5 J; c" d' e
中国连接器论坛6 U6 c& U4 m- x$ V
/ t7 P6 d9 G8 g7 v+ {The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with., W* O2 U' |+ O! f& a, x& K" r" P
单片机编程技巧－－功能强大的时钟中断
" W, n. O! I$ ~www.--chinatyco.cn / q% D9 b& O6 A- e- N4 T# V% N
功能强大的时钟中断
9 _, t% L$ A: f1 hThe special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.在单片机程序设计中，设置一个好的时钟中断，将能使一个CPU发挥两个CPU的功效，
, v2 |% D( j" Y. y( v大大方便和简化程序的编制，提高系统的效率与可操作性。我们可以把一些例行的及需要定时执行的程序放在时钟中断中，还可以利用时钟中断协助主程序完成定时、延时等操作。" T- V9 X5 i5 E
下面以6MHz时钟的AT89C51系统为例，说明时钟中断的应用。
+ H. _) [9 u. d: `+ p: a. Y3 b# P4 b连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable 定时器初值与中断周期 时钟中断无需过于频繁，一般取20mS(50Hz)即可。如需要百分之一秒的时基信号，可取10mS(100Hz)。这里取20mS，用定时器T0工作于16位定时器方式(方式1)。T0的工作方式为：每过一个机器周期自动加1，当计满0FFFFh，要溢出时，便会产生中断，并由硬件设置相应的标志位供软件查询。即中断时比启动时经过了N+1个机器周期。所以，我们只要在T0中预先存入一个比满值0FFFFh小N的数，然后启动定时器，便会在N个机器周期后产生中断。这个值便是所谓的“初值”。下面计算我们需要的初值：时钟为6MHz，12个时钟周期为一个机器周期，20mS中有10000个机器周期。(10000)10=(2710)16，则0FFFFh-2710h+1=0D8F0h。由于响应中断、保护现场及重装初值还需要7~8个机器周期，把这个值再加上7，即T0应装入的初值是0D8F7h。每次中断进入后，先把A及PSW的值压入堆栈，然后即把0D8F7h装入T0。
0 y8 o0 P9 Y$ I& ~/ T 设置一个单元，每次中断加1 我们可以取内部RAM中一个单元，取名为INCPI(Increase Per Interrupt)，在中断中，装完T0初值后，用INC INCPI指令将其加一。从这个单元中，无论中断程序还是主程序，都可以从中获得20mS的1~256之间任意整数倍的信号。例如：有一段向数码管送显的程序，需要每0.5秒执行一次以便刷新显示器，便可以设一单元(称为等待单元)W_DISP，用/MOV A,INCPI/ADD A,#25/MOV W_DISP,A/语句让其比当前的INCPI值大25，然后在每次中断中检查是否于INCPI值相等。若相等，说明已过了25个中断周期，便执行送显程序，并且让W_DISP再加上25，等待下个0.5秒。我们可以设置多个等待单元，以便取出多个不同的时基信号。让中断程序在每次中断时依次查询各个等待单元是否与INCPI相等，若相等，则执行相应的处理，并重新设置该等待单元的值，否则跳过。例如：用0.5秒信号刷新或闪烁显示器，用1秒信号产生实时时钟，或输出一定频率的方波，以一定间隔查询输入设备等。
1 B2 l- y3 j9 A/ E 在中断中读键 通常，我们在主程序中读键盘，步骤为：扫描键盘，若有键按下，则延时几十毫秒去抖动，再次确认此键确实按下，然后处理该键对应的工作，完成后再次重上述步骤。但这有两点不足：1.处理相应工作时无法锁存按键的输入，即可能漏键。2.延时去抖时CPU无法做其它事情，效率不高。如果把读键放入时钟中断中，则可避免上述不足。方法为：如果两次相邻的中断中都读到同一个键按下，则这个键是有效的(达到了去抖目的)，并将其锁存到先入先出(队列)的键盘缓冲区，等主程序来处理。这样，主程序处理按键的同时，仍可响应键盘的输入。缓冲区深度通常可设为8级，若锁存的键数多于8个，则忽略新的按键，并报警提示用户新的按键将无效。若键盘缓冲队列停滞的时间大大长于主程序处理按键所需要的最大时间，说明主程序已出错或跑飞，可以在中断用指令将系统复位，起到了看门狗的目的。
8 n5 ?: Z. L& P( s0 ~连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable 主程序中的延时 由于有常开的时钟中断，所以当主程序中有需要时间较短、精度较高的延时时，应暂时把时钟中断关闭。而程序中需要时间较长、精度不高的延时时，便可仿照下需的写法，避免多层嵌套的循环延时。
7 J7 ~9 T4 A( y3 x5 R ^3 X; Q 例：在P1.1输出1秒的高电平脉冲The special field connector , line cable , automobile electron , fibre-optical , switch , communication equipment and material produce a manufacturing engineering , the testing standard communicates with.3 E6 n! X7 Q" h+ u. I( ^$ a& }; e, `
MOV A,INCPI
' k/ {2 B; b0 z! T4 t中国连接器论坛 INC A. y+ }( h7 c5 C& b# `: @" D
CJNE A,INCPI$ ；等待一次中断处理完成
. l+ A1 P% s6 t+ o8 k5 D SETB P1.1 ；设P1.1为H，脉冲开始
' G7 S- q4 M# ]www.--chinatyco.cn ADD A,#50 ；50个20mS为1秒& d( {, A7 o; @9 U7 `4 Y, Q
CJNE A,INCPI,$ ；等中断将INCPI加一50次3 J2 T6 q& S4 B
CLR P1.1 ；设P1.1为L，脉冲结束连接器,连接器技术,电子连接器,连接线,接插件,端子,线缆线束,开关,电线电缆,光纤连接器,电脑连接器,connector , line cable% {. B/ Q7 x- L- }) K2 Q0 V' I9 b
结束语：从上看出，要灵活地应用时钟中断，将任务合理分配给中断和主程序，并且二者要分工明确，接口简单。这其中的技巧还需要大家在实践中多多摸索与体会。另外要注意：应尽量缩短中断处理程序的执行时间，更不要长于20mS。