数字电路信号传输抗干扰技术探究

乔月音

(贵州食品工程职业学院，贵州 贵阳 550008)

0 引言

数字电路是一种运行电路，主要是利用半导体技术集成各部分元件后形成电子设备。数字电路传输信息是利用数字信号实现的，具备逻辑处理以及运算的功能。数字电路因为具有集成度高的特征，促使其在采集、传输和采集等环节都会受到电磁环境、内部元件与外界因素的影响，从而形成畸变信号，使信号传输的精准度下降。在设计电子设备的过程中，数字电路的运用频率非常高，给电子设备的正常、稳定运行提供有力保障。若要优化数字电路的抗干扰性能，就需要阻断干扰传播路径、抑制干扰源和优化元件抗干扰性能。

1 数字电路通信中常见的抗干扰技术

1.1 调频技术

调频技术是一种相对较为成熟的常见抗干扰技术，主要用于民用。民用的运用量以及频次都很大，所以需要有较稳定的抗干扰技术支撑。调频技术的主要核心是结合有关的规律进行反复跳变来完成抗干扰，其具备灵活多变的特征。一般情况下，数字电路通信系统的工作性能能够通过利用对其调速进行直接观察判断。通信系统的抗干扰能力越强调速就越快，反之，抗干扰能力越弱调速就越慢[1]。

1.2 扩频技术

扩频技术的作用主要是将数字电路通信中传输与接收的信号通过一种隐藏性模式附在噪声中。在实际运用中，直接序列扩频技术是一种最常见的方式。利用这样的方式能够将干扰有效的控制到最小甚至彻底消除，使人们在实际应用期间可以获得理想、优质的通信体验，并广泛应用于日常生产和生活中。

1.3 混合技术

混合技术主要是混合各种抗干扰技术后形成的，其运用诸多种类的抗干扰技术，将它们进行组合并最大限度呈现其各自的优势，抛弃这些技术的不足，混合形成的一项技术。虽然利用混合技术比单一使用抗干扰技术的成本高且更加复杂，但该技术把各种抗干扰技术进行充分结合、综合运用，在很大程度上提升了数字电路通信的抗干扰能力。不管是通信质量还是对抗诸多干扰因素方面，都具有显著的促进作用。虽然使用混合抗干扰技术在短时间内增加了管理、人工以及设备方面的投入成本，但从长远发展的角度看，此项技术的分摊成本较低，使用比较经济。

2 数字电路通信中干扰形成的基本要素

在对数字电路通信如何抗干扰的研究中，相关人员应首先明确导致数字电路通信中出现干扰的主要原因，其主要因素分为干扰源、传播途径和信号敏感器件3种，具体内容如下。

2.1 干扰源

干扰源主要是那些极易造成干扰的电子设备、元件和信号，是指在高频器件和电路中，部分设备的电流以及电压时常出现突发性变化，这样du/dt，di/dt都特别高，极易干扰其他电子元件，致使出现运行差错。在电子信息技术飞速发展和智能终端全面普及的形势下，日常工作和生活中很多电子设备都可能会干扰各种数字电路信号的传输，甚至会对数字电路信号的逻辑电平产生直接影响，导致传输数字电路信号期间出现逻辑误差。经常出现的干扰源包括雷电、继电器、运行电机以及高频时钟等。

2.2 传播路径

传播路径是导致干扰源的信号在传输过程中容易受到干扰的敏感元件中的传输媒介，一般干扰信号传输的路径主要有磁空间辐射以及导线。通常情况下，传输数字电路信号的路径越长，遭到干扰的概率越大，这些干扰可能会直接阻断数字电路信号的传播路径，还可能导致数字信号出现逻辑错误，致使数字电路的信号传输稳定性与效率降低。

2.3 信号敏感器件

敏感器件也是干扰信号传输的主要因素。电子设备中含有很多的敏感器件，在数字电路中这些器件起到转换、采集信息数据等作用，是数字电路中至关重要的构成内容，比如弱信号放大器和数字模拟量变换器等。虽然这些敏感器件能够在很大程度上加强数字信号传输的精确度，提升电子设施的传输性能，但因为自身的敏感度也导致其抗干扰能力大大下降，致使设备的整体稳定性降低[2]。

3 数字信号传输中的屏蔽技术与双绞线传输

3.1 屏蔽技术

在传输数字信号的过程中，此项技术主要是在屏蔽体中把电场、耦合与空间磁场的电磁场进行分割，以此对空间耦合通道进行分离。在这一过程当中，高效、良好的屏蔽和接地，不但能够切实有效地降低耦合噪声，还能够获得较为理想的抗干扰效果。屏蔽方式具体为：把电阻性能较低的材料当做传输数字信号中的屏蔽体，把需要分割的位置进行包围，分割区域除了极易受到干扰的部分，还可以是干扰源。这不仅防止被分割区域受到外来因素干扰，还避免了隔离区域再次干扰外界。

3.1.1 电场屏蔽

根据电学基础理论进行分析，促使所有形态的导体进入电场，都可以使电力线垂直于导体表面，同时不穿过导体，所以放置于空腔中的所有物体均不会遭受外界因素的干扰。这样的情况也叫做静电型屏蔽。利用该特征，不但能够避免电子信号和有关设备的导线传输，还能够防止其受到干扰。然而，倘若导体并没接地，进到空腔中就会变成等电势，其值也会跟着电场的变化而改变。这个时候，倘若把导体接地，空腔中的电势就不会出现变化，设备电场也不会影响到外界。

3.1.2 电磁场屏蔽

在传输数字信号的过程中，屏蔽电磁场往往用于防止电磁场干扰电路。根据基础理论，电磁场变化的频次越高其辐射就越强。所以，在屏蔽电磁场数字信号的时候，不只涉及了屏蔽辐射干扰，还包括屏蔽感应。

3.2 金属屏蔽线与双绞线的应用

3.2.1 双绞线抗干扰

在控制双绞线磁场感应的时候，因为邻近回路一直处于相同导线，噪声和电流相等，同时表现出相反状态，互相抵消。具体而言，导线长度一样，特性阻抗的输入和输出一样时，就可以实现最理想的噪声控制效果。倘若拧合信号的输出线和返回线，噪声控制和拧绞节距就会呈现正比例状态。在具体运用过程中，因为诸多因素的干扰，两条导线是绝对不可能完全一样的，经常因为阻抗的不同，促使感应噪声存留于信号传输中。

3.2.2 屏蔽线抗干扰原理

在实际应用屏蔽线的过程中，因为屏蔽层与导线之间分布了电容，在屏蔽外层的时候，就需要进行接地，不然就会导致通过屏蔽层和电容分布在导线中置入干扰。在这一环节中，通常使用的屏蔽接地方式为屏蔽层一端接地的方法，从而对两端接地干扰电阻压降的情况进行控制；屏蔽线不但可以积极有效的抑制静电干扰，还不会影响到电磁感应。

4 数字电路抗干扰常用措施

在确定数字电路传输干扰的主要因素后，就能够在此基础上探究抗干扰措施，以此获得良好的抗干扰效果，保证信号传输的质量。在设计过程中，需要注重布置元器件和布线规则，选择使用具有很强抑制力的元器件；在传输途径方面，添加相应的滤波装置，在设计软件方面与能够通过相关措施来提高抗干扰性能，加强数字电路的运行效果和品质。

4.1 抑制干扰源

在实际设计数字电路抗干扰技术的过程中，需要首先对干扰源这一因素进行考虑。具体而言，就是尽量降低电压电流突然改变的概率，通过各种切实可行的措施来减小du/dt及di/dt。在这一过程中，要想减小du/dt，能够尝试在出现干扰的元件回路两端放置适当的电容，倘若要想减小du/dt，就应并联适当的电阻和电感。在设计电路过程中通常使用的抗干扰方式主要包括以下几点：(1)能够把续流二极管元件和继电器线圈两侧进行并联，同时设置火花控制电路，这样在切断继电器的时候，能够很好地抑制出现的反电动势干扰，要想积极有效的保证继电器在规定时间中不改变动作频次，就应添加稳压二极管，从而更好地改善其滞后性。(2)设计科学高效的滤波电路，将高次谐波干扰进行滤除，这对于电机运行电路具有非常关键的作用。(3)布置电路线过程中要想有效抑制高频干扰，就应尽可能防止垂直走线。(4)将RC抑制电路和可控硅电路进行并联，能够在一定程度上降低干扰噪声。

4.2 切断干扰传播路径

一般情况下，干扰传播路径主要是端口和导线传输的传导干扰，或是空间传输的电磁辐射干扰，可以结合以上两种干扰传播形式进行有效抑制。通常在设计单片机电路的过程中，比较常见的干扰源是电源。这是干扰整个单片机设计最强的干扰源，时常利用电源回路中加入二阶滤波电路的方式对电源干扰进行抑制。在单片机I/O接口对电机类外设进行直接控制的时候，经常要利用隔离器和加入门电路或者光耦等方式对噪声源进行隔离。最好保证数字电路中的大功率器件单独接地，通知放置于电路板边缘，能够有效避免其干扰别的元件。在数字电路的主要位置，比如电源连接口应加设抗干扰器件，电源滤波器等加强电路的抗干扰性能[3]。

4.3 提高元器件的抗干扰性能

(1)在设计数字电路的过程中，应尽可能选取噪声容限较高的元器件。与TTL集成电路相比，CM0S集成电路具备更好的抗干扰性能，因此应尽量选取具备相应抗干扰性能的元器件。(2)应对电路负载量进行科学控制。这主要是由于负载量超过限制，会致使高电平无法实现要求，使电路容限下降，这种情况下设计的电路极易受到干扰。分布电容也会一定程度上影响电路的抗干扰性能，因此需要确保不需要的电路或是控制端存在适当的电平值。(3)在设计数字电路的过程中，势必会用到极易受干扰的敏感元件。在设计电路的时候，倘若可以适当处理这些元件，例如，在设计敏感元件回路时，尽量减小回环面积，不仅能够有效降低感应噪声，还能够利用加粗电源回路导线的方式，控制回路损耗，对噪声进行有效控制。

4.4 电路设计时的抗干扰措施

CMO和TTL电路转换对数字电路干扰非常大，需要利用科学有效的方式对转换导致的振荡进行抑制，有时振荡会致使误触发下级电路，能够利用下面的方式解决：首先,选取信号值较长的输入波形，并且尽可能防止微分电路出现脉冲，将其当做触发信号。其次，通过相应的对策来消除电路不同延迟导致的毛刺，能够通过同步控制、滤波电路与时间选通电路等方式来治理干扰。(1)滤波法。在干扰源出现毛刺的频次较高，其脉宽比常规的脉宽信号窄很多，所以能够通过RC积分电路对毛刺进行消除。(2)时间选通法。利用延迟电路，结合双向或单相稳定的电路结构来实现时间选通电路，抽样输入有价值的波形对毛刺干扰进行消除。(3)同步控制法。同步控制法主要是通过时序同步理论，翻转电路状态，通过触发单个脉冲，能够很好地控制由于传输延迟致使的毛刺干扰。另外，数据DA与DB利用总线驱动器置入数据总线，驱动器对总线信号CB与CA进行控制的方式，加强总线的抗干扰性能。

4.5 印制电路板的合理布线

在设计数字电路的过程中，印刷电路板是至关重要的内容，其抗干扰性能的好坏与电磁兼容性具有密切联系。在设计PCB的时候，应严格循序有关的设计原则，尽量提高电路板的抗干扰性能。第一，确定好所有元器件在电路板中的摆放部位。摆放必须科学，把敏感元件和强干扰源进行分离。第二，设置地线与电源线。在布置地线与电源线线径的过程中，应适当增加线径的宽度，控制导线阻抗。在条件许可时，应利用闭环回路并减小回路截面的方式，提升抗噪声性，使地线信号更加稳定，最后连接信号线。在设计电路板的时，应综合考虑诸多因素，全方位设计，防止出现顾此失彼的情况。在相同印刷板上，经常出现不一样的电路，在设计过程中，需相同功能的电路放置于接地线上，促使接地线电流在各个单元回路中流出，降低对其他元件的影响，加强电路的抗噪声性能[4]。

5 结语

综上所述，在智能电子设备的持续普及下，日常生产和生活中都越来越离不开电子设备。数字电路利用组合诸多半导体集成器件的方式，呈现出了极高的智能化和集成化特征，但因为集成化程度高，运行期间器件信号极易互相干扰，致使运行结果产生很大的差错，致使运行误差，无法达到理想的效能。而防止传输数字电路信号期间的干扰因素，当前已经成为确保电子设备稳定运行的重要基础。干扰数字电路信号的类型与抑制干扰方式有许多。文章主要对传输数字电路信号期间的干扰因素进行分析，并在此基础上结合自身实践经验提出相应的抑制干扰技术，希望能够给有关工作者提供参考依据。