CN116865883A - 一种抗电磁干扰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗电磁干扰方法，属于电力电子领域。该方法采用检测电路检测经过抗干扰电路减弱能量的干扰信号，随后检测电路输出信号至处理芯片中；处理芯片根据检测电路输出信号高低电平的变化双向触发中断，根据预设逻辑控制处理芯片与模块器件之间的通信，从而屏蔽干扰信号对通信的影响。在检测电路中通过正比较电路和负比较电路快速检测干扰信号，若干扰信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围内，则通过转换电路输出低电平信号；若干扰信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围外，则通过转换电路输出高电平信号。本发明可解决抗干扰信号带宽窄、对随机性干扰信号反应不及时的问题，大大提高电子设备运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电力电子领域，涉及一种电子设备的抗电磁干扰的方法。
背景技术
随着工业智能化发展和需求，现代电子设备以模块化集成开发为主流发展方向，CPU与模块器件之间大范围的使用IIC、SPI、UART等高效开放的通信方式，而现场应用环境中电磁干扰越来越复杂，具有瞬态、随机的特点，是造成电子设备失效的主因之一，消除电磁干扰对通信信号的影响，提高电子设备的可靠性是设计的必然。
抗电磁干扰技术分为被动消耗和主动抵消两种方法，被动消耗是采用扼流圈、电容、瞬态二极管等对干扰进行导流发热损耗，主动抵消是通过采样环境中的干扰信号、频谱分析、产生相反信号进行抵消。
被动消耗的方法因设计时参数固定，因此只能应对特定带宽的干扰，对随机干扰的消耗有限。目前主动抵消的方法需要知道干扰产生的时机和干扰性质，对环境中随机出现的电磁干扰不能快速可靠做出反应，并且需要复杂的算法和配套检测电路和信号发生电路，这对低成本、低功耗都表现为不友好。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗电磁干扰方法，通过快速检测干扰信号，并结合逻辑控制进行屏蔽，解决现有电磁抗干扰方法中对随机性干扰信号反应不及时的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗电磁干扰方法，该方法采用一检测电路检测经过抗干扰电路减弱能量的输入信号，电子设备外部通过电子设备的接口电路进入到电子设备中的信号(包括如电源信号、通信信号等)即为该输入信号；检测电路检测输入信号后，输出一电信号至处理芯片中；处理芯片根据检测电路输出信号高低电平的变化双向触发中断，根据预设逻辑控制处理芯片与模块器件之间的通信，从而屏蔽干扰信号对通信的影响。
其中检测电路包括正比较电路、负比较电路和转换电路，所述正比较电路和负比较电路用于快速检测所述输入信号，若输入信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围内，则通过转换电路输出低电平信号；若输入信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围外，则通过转换电路输出高电平信号。
具体地，检测电路的电路结构包括电阻R1～R5以及三极管Q1和Q2；电阻R2和R3的第一端均接入输入信号，电阻R2的第二端分别与电阻R1的第一端和三极管Q1的基极连接，电阻R3的第二端分别与电阻R5的第一端和三极管Q2的基极连接；电阻R1的第二端接地，电阻R5的第二端连接电源Vdd；三极管Q1的集电极连接电源Vdd，Q1的发射极与电阻R4的第一端连接，且与三极管Q2的集电极连接作为输出端口，输出信号Vs；三极管Q2的发射极连接电源Vdd；电阻R4的第二端接地。
进一步地，通过调整电阻R1和R2的阻值可设置负向干扰强度阈值Vth1，通过调整电阻R3和R5的阻值可设置正向干扰强度阈值Vth2，具体为：
进一步地，令Vin表示输入信号经过抗干扰电路减弱能量后的电压幅值，则有以下情况：
若且/>即Vth1＜Vin＜Vth2，输出信号Vs为低电平；
若或/>即Vin<Vth1或Vin>Vth2，输出信号Vs为高电平；
式中，R1、R2、R3和R5分别表示电阻R1、R2、R3和R5的阻值，Vdd表示电源Vdd电压值，Vr1和Vr2分别表示三极管Q1和Q2的启动电压。
进一步地，根据预设逻辑控制处理芯片与模块器件之间的通信的过程具体为：当检测电路中得到输入信号的电压幅值不在范围(Vth1,Vth2)内，则检测电路输出高电平到处理芯片触发中断，切换到保护区模式，锁定处理芯片与模块器件之间的通信；等待干扰干扰结束，即输入信号的电压幅值在范围(Vth1,Vth2)内，则检测电路输出低电平，再次触发中断，切换到安全区模式，解锁处理芯片与模块器件之间的通信。
本发明的有益效果在于：本发明在检测电路中采用高频快速反应三极管，解决了现有电磁抗干扰方法中抗干扰信号带宽窄、对随机性干扰信号反应不及时的问题，可大大提高电子设备运行的稳定性；并且检测电路结构、检测原理简单，能够实现低功耗、低成本的应用在电子设备中。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明抗电磁干扰采用的系统结构示意图；
图2为快速检测电路框架图；
图3为快速检测电路具体结构图；
图4为逻辑控制方案示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明所提出的抗电磁干扰方法基于如图1所示的系统实现，具体见图1，该系统包括抗干扰电路、检测电路、应用电路、处理芯片和模块器件。其中抗干扰电路一端与接口电路连接，接收从电子设备外部进入到电子设备中的信号，并消弱信号的能量，抗干扰电路另一端分别与检测电路和应用电路连接；检测电路和应用电路均与处理芯片连接；处理芯片再与模块器件连接以进行通信。其中，抗干扰电路可通过被动消耗或主动抵消等方式消弱干扰信号的能量；应用电路主要用于IIC、SPI、UART等通信方式的数据传输；模块器件则是指电子设备中需要与处理芯片进行数据交互的必要的功能模块。
如图2所示为检测电路的设计方案，其中正比较电路和负比较电路可快速检测出正、负干扰信号，转换电路转换为制式信号输出到处理芯片触发中断。设置负向干扰强度阈值Vth1和正向干扰强度阈值Vth2，当检测电路的输入信号幅值超出或者回归阈值范围时，转换电路均输出触发电平。检测电路的具体结构如图3所示，其中Vin是干扰耦合信号，即检测电路的输入信号，Vs是转换后的触发信号，Vs输出至处理芯片。干扰强度小时，Vs为低电平VL；干扰强度大时，Vs为高电平VH。Q1、Q2为高频快速反应三极管，启动电压分别为Vr1和Vr2。通过调整R3和R5与R1和R2的阻值，可以设置负向干扰强度阈值Vth1和正向干扰强度阈值Vth2。具体如下：
电阻R1和R2的阻值满足以下关系式：
电阻R3和R5的阻值满足以下关系式：
并且令Vin在(Vth1,Vth2)范围内时为安全区，处理芯片执行与模块器件之间的通信，令Vin在(Vth1,Vth2)范围外时为保护区，处理芯片停止与模块器件之间的通信。因此处理芯片与模块器件通信的逻辑控制设计为如图4所示过程，主要步骤如下：
电子设备开机后处理器初始化，进入等待中断触发和执行与模块器件的通信。当干扰信号检测电路检测到干扰信号，即检测电路的输入信号满足以下情况：
或/>
则输出信号Vs＝VH，转换电路输出到处理芯片触发中断，切换到保护区模式，锁定处理芯片与模块器件之间的通信；
等待干扰干扰结束，即检测电路的输入信号满足以下情况：
且/>
则输出信号Vs＝VL，处理芯片再次触发中断，切换到安全区模式，解锁处理芯片与模块器件之间的通信。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种抗电磁干扰方法，其特征在于：该方法采用一检测电路检测经过抗干扰电路减弱能量的输入信号，随后检测电路输出信号至处理芯片中；处理芯片根据检测电路输出信号高低电平的变化双向触发中断，根据预设逻辑控制处理芯片与模块器件之间的通信，从而屏蔽干扰信号对通信的影响；
所述检测电路包括正比较电路、负比较电路和转换电路，所述正比较电路和负比较电路用于快速检测所述输入信号，若输入信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围内，则通过所述转换电路输出低电平信号；若输入信号幅值在正比较电路和负比较电路的干扰强度阈值范围外，则通过所述转换电路输出高电平信号。
2.根据权利要求1所述的抗电磁干扰方法，其特征在于：所述检测电路的电路结构包括电阻R1～R5以及三极管Q1和Q2；电阻R2和R3的第一端均接入输入信号，电阻R2的第二端分别与电阻R1的第一端和三极管Q1的基极连接，电阻R3的第二端分别与电阻R5的第一端和三极管Q2的基极连接；电阻R1的第二端接地，电阻R5的第二端连接电源Vdd；三极管Q1的集电极连接电源Vdd，Q1的发射极与电阻R4的第一端连接，且与三极管Q2的集电极连接作为输出端口，输出信号Vs；三极管Q2的发射极连接电源Vdd；电阻R4的第二端接地。
3.根据权利要求2所述的抗电磁干扰方法，其特征在于：令Vin表示输入信号电压幅值，则：
若且/>输出信号Vs为低电平；
若或/>输出信号Vs为高电平；
式中，R1、R2、R3和R5分别表示电阻R1、R2、R3和R5的阻值，Vdd表示电源Vdd电压值，Vr1和Vr2分别表示三极管Q1和Q2的启动电压。
4.根据权利要求2所述的抗电磁干扰方法，其特征在于：通过调整电阻R1和R2的阻值设置负向干扰强度阈值Vth1，通过调整电阻R3和R5的阻值设置正向干扰强度阈值Vth2，具体为：
式中，R1、R2、R3和R5分别表示电阻R1、R2、R3和R5的阻值，Vdd表示电源Vdd电压值，Vr1和Vr2分别表示三极管Q1和Q2的启动电压；
当输入信号电压幅值在范围(Vth1,Vth2)内时，处理芯片执行与模块器件间的通信；当输入信号电压幅值不在范围(Vth1,Vth2)内时，处理芯片停止与模块器件间的通信。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的抗电磁干扰方法，其特征在于：根据预设逻辑控制处理芯片与模块器件之间的通信的过程具体为：当检测电路中输入信号的电压幅值不在范围(Vth1,Vth2)内，则检测电路输出高电平到处理芯片触发中断，切换到保护区模式，锁定处理芯片与模块器件之间的通信；等待干扰干扰结束，即输入信号的电压幅值在范围(Vth1,Vth2)内，则检测电路输出低电平，再次触发中断，切换到安全区模式，解锁处理芯片与模块器件之间的通信。
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|---|---|---|---|---|
| CN117075836A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 合肥联宝信息技术有限公司 | 一种显示信号的抗干扰装置、显示器及电子设备 |
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- 2023-08-04 CN CN202310978200.3A patent/CN116865883A/zh active Pending
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