数字电路抗干扰研究

张艳萍

摘要：数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，数字电路广泛应用于电力电子器件中，本文进行了数字电路的抗干扰研究，分析了干扰的基本要素，提出了切断干扰传播路径的方法及软件抗干扰措施。

关键词：数字电路抗干扰传播路径抗干扰措施

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0022-01

作为产生干扰的元件，干扰源通常为继电器、电机及高频时钟等设备，传播干扰的途径通常为干扰源所构成的整个通路，主要的传播媒介是导线及空间辐射。因此，解决数字电路的干扰问题应从干扰源、传播路径及传播媒介三方面入手，采取综合措施进行防治，本文进行了数字电路抗干扰研究。

1形成干扰的基本要素

（1）干扰源，干扰源通常是指那些能够产生干扰的器件、设备或输入信号等。（2）传播路径，传播路径通常是指干扰传播至敏感元件的整个通路，数字电路典型的干扰传播路径是导线和空间辐射。（3）敏感器件，敏感元件通常是指比较容易受干扰影响正常工作的器件和设备。

2切断干扰传播路径的方法

根据干扰途径的不同，可将干扰分为辐射干扰和传导干扰两种，常用的切除干扰传播过程中途径的方法有以下几点。

（1）近些年来随着数字及模拟电子技术的快速发展，在当前的数字电路中单片机的应用越来越广泛，且由于在数字电路中电源是必不可少的，其对单片机的干扰是很大的，在设计数字电路中要充分考虑到这一点，最大程度地减小电源的干扰，这样整个数字电路的性能就会大为提高，同时也减小了电源对于单片机的影响，最常用的方法是使用二阶的滤波电路。（2）如果单片机的I/O接口是采用电机类外设备完成数据操作的，则此时在电机的噪声源及I/O接口之间应该接入隔离器，同时为了防止I/O端口出现串扰的危险，同时利用门电路、二极管及光耦等方法对其进行隔离处理。（3）在单片机时钟电路上接入外接的微调电容及晶体振荡器，保证晶体的外壳牢固地接地，在布线时晶体应与单片机引脚尽可能地靠近。（4）对电路板进行合理的分区，可以根据强信号和弱信号，或者数字信号和模拟信号进行分类，对各种元器件的处理要合理，同时可以用地线将模拟区和数字区分开，分别进行隔离处理，然后选择某一点与电源地线进行连接，这样就完成了电路板的合理分区，A/D和D/A转换器芯片也是按照这个原则处理。（5）对于大功率的器件如单片机等采取独立接地的措施，这样就能减小器件之间的相互干扰，且在数字电路设计整体布局时大功率的器件要尽量布局在电路板的边缘。（6）在单片机的关键部位，如电源线与电路板的连接处要使用抗干扰器件，如电源滤波器、磁环等增强电路的抗干扰性能。

3提高敏感元件的抗干扰性能

3.1 设备使用时的抗干扰措施

选择设备：进行数字电路的设计时往往是其噪声的容限越高，则整个电路传输的延时越大，抗干扰性能就会越好，这就是CMOS比TTL集成电路抗干扰性能好的原因所在，因此应选择噪声容限高的设备，且对负载也要进行一定量的控制，若其所带的负载超过了电路设计时规定的额定负载，则此时会导致电路的低电平值升高、高电平值降低，从而降低了电路的噪声容限，使整个电路容易受干扰的影响。因此要注意避免出现设备所带负载超出额定负载的情况，且对于不用的集成电路及控制端应保持合适的电平值，减小分布电容干扰的影响。

3.2 电路设计时的杭干扰措施

由于在数字电路中CMOS及TTL电路转换瞬间也会产生很大的感染，因此对于数字电路转换所引起的振荡也应采取合适的措施加以抑制，即当输入的波形在电路阀值很小或者变化很小的时候其会被放大，从而产生了波形较大的振荡，这种振荡会引发下级电路的误触发，可以采取两种方法抑制这种干扰，即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。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，可利用滤波电路及时间选通电路的方法对干扰加以治理。

（1）滤波法。若毛刺干扰源出现的频率很高，则其脉宽将比普通的脉宽信号窄许多，因此可以利用RC积分电路进行有效的消除毛刺。（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）同步控制法。同步控制法是根据同步时序的方法来消除干扰的，其主要思想是将电路的状态进行翻转，然后由单个脉冲产生触发，这样就能避免电路因传输延迟所导致的毛刺干扰，同时采用总线控制的克服方法，在微处理器中使数据DB和数据DA通过总线驱动器进入数据总线，驱动器分别控制总线信号CA和CB，这样在逻辑上就会出现切换时差的现象，可在总线上加装高电阻进行克服，增强总线的抗干扰能力。

3.3 印制板设计时的抗干扰措施

（1）在数字电路设计中是将地线加粗的方法来降低导线电阻的，这样使它能高于印制板的允许电路的3.5倍，增强了地线的稳定性，在条件允许的情况下可将地线的宽度拓宽为2～3m，同时通过闭环路提高其抗噪音干扰能力：闭环路能够形成稳定的传输路径，降低了线路阻抗，从而减小了干扰。注意闭环路的电阻所包围的截面积应该越小越好，如果同一印刷版具有不同的电路存在，则可将具有同一功能的电路集中于接地线上，从而构成了独立的回路，也可以使接地线电流从不同的单元回路中流出，从而减轻了对其他单元回路的干扰。（2）在电容印制板上将多个集成电路进行配置，如果某些元件的耗电量较大，则在地线上就会出现较大的电压，对这个电压进行印制的主要方法是在各集成器件中接入电容，利用短开关电流降低电阻的压降。（3）根据电流的大小合理调整电源线的布置，尽量增加导线的宽度，统一电源线、地线的数据信息传递方向，增强抗噪声能力。

4软件抗干扰措施

软件抗干扰措施作为在数字电路抗干扰的一个重要方面，是指一个数据在一个时间单元内进行传送时将其改为相同的数据进行三次传送，然后对所传输的数据进行比较，若数据传输的不一致，则说明存在严重的干扰，此时需要重新对数据进行输入，并分析传输过程中可能存在的主要干扰源，采取相关的措施进行抑制，然后在下一周期开始再输出新的数据，在采集模拟信号时除了使用硬件抗干扰措施外还应采用数字滤波技术降低瞬变干扰的影响。

5结语

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成的，受到外界及自身干扰的几率非常大，应加强数字电路抗干扰研究，采取合理的措施减小数字电路干扰的影响，保证电力电子器件可靠的工作。

参考文献

[1] 江国栋.数字AV产品的抗干扰设计[J].电声技术，1999.

[2] 刘传清，等.高速数字系统的电路布局与抗干扰技术[J].电测与仪表，1999.