电子电路可靠性及抗干扰措施研究

武汉科技大学 信息学院 李德芳

电子电路可靠性及抗干扰措施研究

武汉科技大学 信息学院 李德芳

一、电子电路干扰的分类

1. 元器件内部干扰。内部干扰主要是指电路本身所产生的干扰。内部干扰来源主要有下面几个方面：内部组件相互干扰；元器件的噪声干扰；内部线路的布局不妥造成的干扰；脉冲干扰；级间反馈干扰等。这些干扰主要是由于元器件接触不良、布局不当、耦合形成的。尤其是噪声干扰，基本上所有的电子元器件的本身都存在着固有的噪声，例如，电子元器件在工作时产生的热量，造成元器件的参数随着温度的波动而变化形成的热噪声，还有一些交流噪声、接触噪声等。

2. 外界自然干扰。自然干扰是无法避免的，但是，在设计安装的过程中可以加以控制。自然干扰主要体现在自然现象，例如，雷雨天的闪电、雷击，宇宙射线造成的辐射，地球的辐射等。但是，这一类干扰主要是对一些通信、导航等设备有较大的影响，对于一般设备则不用过多考虑。

3. 人为干扰。人为干扰主要表现为噪声干扰和工业干扰。工业干扰中主要就是高频加热、脉冲电腐蚀所造成的磁场干扰。人为的噪声干扰中包括一些工业干扰，例如，各类电器设备所引起的电火花所产生的噪声干扰，电晕放电所产生的噪声等。这类干扰也是不可避免的，也是最主要的一类噪声源。所以，在进行设计、安装过程中要做好防范措施。

4. 电磁场的干扰。在工业现场进行测试时，大功率的电气设备产生的磁场及高压高频电气设备所产生的电场都将产生极强的干扰信号。电磁干扰又分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰主要是电磁沿着电源线或信号线传输过程中所产生的干扰。例如，设备的电磁能量沿着设备之间的连线传输到其他设备时所造成的干扰，及设备内部通过公共电源线所造成的内部干扰等。辐射干扰，是电磁在空间传播过程中所造成的干扰。例如，电源电路、控制电路等在一定条件下都可能造成辐射干扰。

二、电子电路抗干扰措施

1. 抑制干扰源。在电子电路中有一部分的干扰是可以在干扰源处就采取措施使其消除或将其抑制的，但有些干扰是无法在干扰源处将其消除的。而对于一些能抑制干扰源的干扰，通常采取在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响；给电机加滤波电路；布线时避免90°折线,减少高频噪声发射；还有一些噪音干扰，可采取对工作线圈增加电磁屏蔽磁场噪声来进行抑制等。

2. 设计中加强印制板的可靠性和抗干扰性。

（1）印制导线的设置。导线的铜箔厚度、宽度和长度，直接影响着电阻和电流。相邻导线的间距也直接影响着线间的串扰。所以，在布置中要做到合理有效。由于导线种类太多，所以在这里只针对性地进行浅谈。专业人士都知道，导线最小宽度和间距一般不小于0.2 mm，在布线密度允许时，可适当地放宽。对于电路中的主要信号线，最好使其汇聚在板中央，力求靠近地线。切记在设计信号线的走向时，不可设计成直角或者更小角度的形状。在布线时，要力求最短。相邻布线面导线采取相互垂直、斜交或弯曲走线的形式，以减小寄生耦合。数据总线常载有高频电流，所以在布线时应每两根信号线之间夹一根信号地线。而地线和电源线在布线时很难缩短长度，所以，在允许的情况下，尽量加大布线的宽度。

（2）电源线与地线的设置。电源线和地线的布置，将影响信号间的公共组抗干扰。接地是控制干扰的重要方法。接地分为一点接地和多点接地，在低频电路中，信号工作频率小于1 MHz，电感影响较小，所以采用一点接地。当信号工作频率大于10 MHz时，地线阻抗变大，这时就应该降低地线阻抗，所以采用多点接地。当工作频率为l～10 MHz 时，要考虑地线的长度和波长，当地线的长度不超过波长的1/20时，采用一点接地，否则采用多点接地。地线应该较粗，这样电子设备的定时信号才会稳定，才不会破坏抗噪声性能。

（3）器件的布置。器件的布置将影响导线的公共阻抗及空间电磁场的干扰。如若器件布置不当，将引发干扰因素。所以在布置器件时应将输入输出端布置在电路板的两端，并且在输入输出端放置缓冲器，这样可以有效地用于板间信号传送，有效地防止噪声干扰。电路中相互关联的器件应该尽量靠近，缩短导线的长度。工作频率接近或电平相差大的器件在布置时要尽量相差较远，以免相互干扰。

3. 在传播途径中进行控制。有些干扰不能在干扰源处直接给予消除或抑制，但可以根据其传播特点，采取各种措施将传播削弱或者切断，让干扰在没有到达电子电路前就被抑制在传播的途中。这种方法通常采用地线把数字地与模拟地分离，最后在一点接于电源地；在电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件；电路板合理分区；单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰；还有一些噪声干扰，可以通过加入去耦电路来抑制或采取尽可能降低公共阻抗和一点接地的方法来消除公共阻抗耦合，从而使干扰降到最低等。

4. 提高电源系统抗干扰能力。抗干扰的最终目的就是保证电路的工作稳定性和可靠性。所以，抗干扰最直接、有效的方法就是在设计电路时，适当地加入抗干扰的器件或者提高敏感元器件的抗干扰能力。例如在电路中运用滤波器衰减特定频带的噪声，加入屏蔽线可以减小电场耦合噪声对电路的干扰；采用高稳定度、低输出阻抗直流电源，以减小电源开启、切断时瞬时过电流的冲击，并缩短瞬时过电流冲击时间等。

三、结论

总之，电子电路受干扰的途径及来源很多，而且电子电路可靠性和抗干扰能力涉及许多知识学科，含有很丰富的内容，很难进行全面的讨论，而且它也不是单纯的理论就能解决的，抗干扰措施是在实践工作中累积的。并且，电子电路的抗干扰性是在设计、制造、安装和运行的各个阶段都必须重点考虑的工作，只有做到全面顾及，才能保证整个电路系统长期稳定、可靠、安全地运行。