数字电路抗干扰常用措施

陈淑芳

摘 要 数字电路通过半导体集成器件组合在一起，以数字信号的传输方式，实现数字量的算术运算与逻辑运算，有很高的集成度，功能也很强大，然而由于高集成化，数字电路的运行很容易受到器件之间相互的信号干扰，导致运行结果出现较大误差，甚至造成运行错误，达不到预期的功能，因此研究数字电路的抗干扰设计，对数字电路进行外部干扰屏蔽设计，设法抑制电磁干扰，对于提高数字电路的运行可靠性以及运行效率都有积极的意义。本文从干扰的形成源头和传输路径入手，研究数字电路的抗干扰对策，并从软硬件两方面进行数字电路抗干扰性能的提升研究，希望可以为电子设计者提供有效的抗干扰方法参考。

【关键词】数字电路 干扰源 抗干扰

1 前言

随着电子信息技术的发展，大规模集成电路成为了电子产品设计开发必备的路径，数字电路作为主要的设计思想，在电路设计时应用广泛，其通过数字信号传输，很方便的实现数字逻辑运算和算数运算，广泛应用在电力电子器件设计中，随着电子控制芯片CPU性能不断提升，PCB电路板所承受的性能也应该相应的提升，为了保证数据传输的效率，电路板的抗电磁干扰性能尤为重要，要解决抗电磁干扰的问题，要从导线方面探讨，因为大家知道两条平行或近似平行的传输线，会产生串音干扰，差模传输较共模传输，电磁干扰小，信号能量损失少，能够保证数据信号完整性，因此差模传输在抗干扰的应用上使用广泛。另外，由于在电路设计时，设计开发人员往往对电子器件布局不够合理，忘记加装屏蔽线，或者使用较受干扰的敏感元件，导致电路很容易受到电磁干扰，电磁干扰也成为电子产品设计中主要的难题，所以分析干扰的基本要素，设法切断干扰的来源以及传播路径是数字电路中抗干扰的有效途径。

2 数字电路干扰形成的基本要素

在研究如何对数字电路进行抗干扰设计时，需要明确造成数字电路中干扰形成的因素，这里将干扰形成的基本要素分为：干扰源、传播途径以及干扰对象。

2.1 干扰源

指容易产生干扰的电子元件、设备或信号，一般指发生在高频电路或器件之中，某些设备电压和电流要经常发生突变，这样du/dt、di/dt都非常大，很容易对其他电子元件产生干扰，导致运行误差，常见的干扰源有：继电器、雷电、高频时钟、运行电机等。

2.2 传播路径

指干扰源产生的干扰信号传播到易受干扰的传感器等敏感元件中的传播媒介，往往导线和电磁空间辐射是干扰信号传播的主要路径。

2.3 干扰对象

所谓干扰对象就是指容易受到干扰信号扰乱的元件，通常称为干扰敏感器件，这些元件往往在数字电路中承担数据的采集、转换等功能，是数字电路中及其重要的部分，如：数字模拟量变换器、弱信号放大器等元件。

3 数字电路抗干扰常用措施

在明确数字电路传播的三个基本要素之后，就可以从这三个基本方面采取措施，进行抗干扰处理，再设计时应该注意元器件的布置以及布线规则，进行选用干扰抑制力强的元器件进行设计，在传播路径上，增加必要的滤波装置，在软件设计上也可以采取有关措施进行抗干扰能力的提升，提高数字电路运行的可靠性。

3.1 抑制干扰源

数字电路抗干扰设计应该优先考虑的因素就是干扰源，通俗来讲就是尽可能的减小电压电流的突变率，也就是设法减小du/dt和di/dt，为了减小du/dt可以尝试在产生干扰的元件回路两侧并联上合适的电容，如果想减小di/dt则需要串联合适的电感或者电阻。

一般在电路设计是，设计时常常采用的降低干扰的方法有；

（1）可以将续流二极管元件并联到继电器线圈两端，并且设计火花抑制电路，这样在继电器断开时，可以有效降低产生的反电动势干扰，为了确保继电器在有效时间内动作次数不变，需要增加稳压二极管，弥补其滞后性。

（2）设计有效的滤波电路，滤除高次谐波干扰，这在电机运行电路非常有效。

（3）电路布线时为了降低高频干扰，尽量避免垂直走线。

（4）RC抑制电路，并联在可控硅电路中，可以适当减小干扰噪声。

3.2 切断干扰传播途径

干扰的传播途径通常指导线或端口传播的传导干扰，或者空间传播的电磁辐射干扰，我们可以根据这两种干扰的传播方式来进行有效的干扰传播抑制。一般我们经常设计使用的单片机电路中，电源时较为常见的干扰源，也是对整个单片机设计干扰最为强烈的，经常采用电源回路中增加二阶滤波电路来抑制电源干扰，另外在单片机I/O接口直接对电机类外设控制时，常常需要使用隔离器或者增加门电路以及光耦等方法来隔离噪声源。数字电路中的大功率器件最好独立接地，并且布置在电路板边缘，可以防止其对其他元件的干扰。在数字电路的关键部位，例如电源连接口需要增加抗干扰器件，如电源滤波器等增强电路的抗干扰性能。

3.3 提高元器件的抗干擾性能

首先在数字电路设计时，要注意在选择元器件时，尽量选择噪声容限高的元件，众所周知CMOS比TTL集成电路抗干扰性能好，所以在选择时要尽可能选择有一定抗干扰性能的元器件，另外，要合理控制电路负载的数量，因为敷在数量超限，会导致高电平达不到要求，降低电路容限，这样设计的电路受干扰可能性非常大。分布电容对电路的抗干扰性能也有一定影响，所以要保证不用的电路或者控制端具有合适的电平值，最后，数字电路中，难免使用到容易受干扰的敏感元件，设计电路时，如果能对这些元件进行合适的处理，比如：在敏感元件回路中，尽可能缩小回环范围，可以减小感应噪音，也可以通过加粗电源回路导线，减小回路损耗，有效抑制噪声。

3.4 电路设计时的抗干扰措施

在数字电路中，CMOS及TTL电路转换瞬间干扰很大，应该设法抑制转换引起的振荡，有时振荡会引起误触发下级电路，可以采取以下两种方法解决：其一是对对输入波形采取较长的信号值和尽量避免微分电路产生脉冲作为触发信号。其二是对于电路延迟不同所引起的毛刺也要采取一定的措施加以消除，可利用滤波电路、时间选通电路和同步控制的方法对干扰加以治理。endprint

3.4.1 滤波法

当干扰源产生毛刺的频率很高，其脉宽将比普通的脉宽信号窄许多，因此可以利用RC积分电路消除毛刺。

3.4.2 时间选通法

采取延迟电路，根据单相稳定或者双向稳定电路结构来完成时间选通电路，抽样输入有用波形来消除毛刺的干扰。

3.4.3 同步控制法

同步控制法利用时序同步的原理，将电路的状态进行翻转，由单个脉冲产生触发，可以有效降低因为传输延迟所导致的毛刺干扰，同时采用数据DB和数据DA通过总线驱动器进入数据总线，驱动器分别控制總线信号CA和CB的总线控制方法，增强总线的抗干扰能力。

3.5 印制电路板的合理布线

印刷电路板是数字电路设计中的重要环节，其抗干扰效果的好坏与电磁兼容性有重要关系，在设计PCB时，要遵循相关设计原则，尽可能增强电路板的抗干扰能力，首先确定好各个元器件在电路板上的摆放位置，摆放一定要合理，将强干扰源与，敏感元件远离，位置布置好之后，需要布置电源线和地线，注意在设置电源线和地线线径时，要合理加宽线径，降低导线阻抗，在条件允许的情况下，要通过闭环回路且回路截面要尽量小，提高抗噪音能力，增强地线信号的稳定性，最后开始设置信号线的连接。电路板设计要综合各种因素，要全面设计，避免顾此失彼。在同一印刷板上，通常有不同的电路，设计时可以将功能相同的电路集中到接地线上，使接地线电流从不同的单元回路中流出，减轻对其他元件的干扰，增强电路的抗噪能力。

3.6 软件抗干扰方法

硬件方面抗干扰措施做好以后，适当的通过软件抗干扰技术来弥补硬件的不足，是很有效的提升数字电路抗干扰能力的方法，软件抗干扰设计灵活简单，并且不需要花费昂贵费用，在数字电路抗干扰技术中受到了大家的一致好评，目前有许多软件抗干扰技术被开发利用，最常用的包括：数字滤波技术、软件“看门狗”技术等。

3.6.1 数字滤波技术

数字滤波技术在软件中的抗干扰功能是通过电磁兼容的方法对相关数据进行干扰消除来实现的。通常在采取硬件措施不能完全抑制干扰的情况下，可以通过对软件进行数字滤波处理，来进一步消除数据中的各种干扰，从而确保所采集的数据真实可靠，以此来减少信号采集的误差。

3.6.2 软件“看门狗”技术

“看门狗”指的是在主程序中利用定时器来对程序运行过程进行计时监控，如果到规定时间仍不复位定时器，则容易出现PC指针回不来的情况，或者说造成死循环，而到定时时间之后，看门狗就会自动使单片机恢复原位。计算机控制系统中的看门狗可以防止干扰信号进入程序而造成死循环，其功能在硬、软件中均可实现。

4 结语

数字电路通过大量的半导体集成器件组合在一起，表现为高度集成化、智能化，然而由于高集成化，数字电路的运行很容易受到器件之间相互的信号干扰，导致运行结果出现较大误差，甚至造成运行错误，达不到预期的功能，应该加强对数字电路抗干扰性能的研究，保证电子器件的稳定运行。数字电路抗干扰技术复杂而重要，每一个电路设计人员都不能忽视其重要性，除了本文介绍的抗干扰措施之外，还有许多其他有效的方法，开发设计人员应该深入挖掘，不断总结，提高数字电路的运行效率，使其能更好的为人类服务。

参考文献

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作者单位

福州职业技术学院 福建省福州市 350108endprint