浅析现代电子系统抗干扰问题

张华杰

摘 要：电子系统的干扰是现代电子系统领域难以避免的问题，文章针对现代电子系统的结构特性，论述电子系统的主要干扰问题。为降低干扰给电子系统的正常运行带来的危害，从硬件角度对解决这些干扰的技术措施进行了介绍。实践经验表明，在电子系统设计中综合运用这些措施，能够使电子系统的抗干扰能力进一步提高。

关键词：电子系统；抗干扰；电磁干扰；静电

1 引言

随着数字化时代的到来，电子信息行业得到迅猛发展，电子系统的发展呈现出快速化、高集成度的发展现象；现代电子系统具有传统电子系统所没有的特点，具体表现为：功能完善、程度高、强弱电结合、数字与模拟信号结合的特点。电子系统的这些新特性，使得其内部复杂的电路之间， 集成芯片之间的干扰加重；此外，由于电子系统往往处在较为恶劣的电磁环境中， 受到严重的干扰，导致其输出结果与输入指令相脱离，与预计的结果不一致，甚至会导致系统发生故障与发生不可预测的事故。因此，认真分析现代电子系统的各种干扰，不断探究有效的抗干扰技术就显得非常有必要。

2 现代电子系统的干扰分类

空间干扰。这类干扰主要指的是由于电磁场在电子线路、壳体表面、导体辐射而引起的调制与噪声吸收。系统本身是其主要来源，由于电子系统会接收外界的干扰，因此也能对系统外产生空间干扰。一般而言，通道干扰与供电系统干扰的强度要远大于空间干扰的强度，而且空间干扰能够通过良好的屏蔽、正确的接地以及良好的布局设计进行解决。

过程通道的干扰。这种干扰主要指的是电子系统利用后向、前向及相互通道之间进行信息传输的路径。长线传输是过程通道产生干扰的主要原因，当传输信息为脉冲波时，这种干扰就会尤为明显，衰减、时延、畸变及通道干扰耦合都会在传输过程中出现，同时还会受到空间电磁场的干扰。为了提高长线传输的可靠性，采用光同轴电缆传输、电耦合隔离、阻抗匹配、屏蔽、双绞线传输等方法解决这类干扰问题。

静电放电（ ESD） 干扰。主要指静电放电对电子系统的辐射及干扰，在静电放电过程中产生强大的电磁脉冲，使电子系统中的敏感器件工作状态发生改变或者造成其损坏而无法正常工作。除了传导耦合，辐射耦合也是ESD对电子系统的耦合途径，而且辐射耦合是ESD干扰现代电子系统中元器件非常普遍的方式。

供电系统的干扰。电子系统中危害最严重的便是这类干扰。由于任何电源和导线都有内部阻抗，外界的干扰信号通过电源对电子系统产生干扰。对滤波、稳压、隔离等措施的研究日益深入，其目的是为了解决供电系统干扰产生的问题。

雷电电磁干扰。这类干扰主要源于雷电传播以及雷电电磁感应。大气运动时产生的空间悬浮物在云体内形成电荷的积累，当电场强度超过25～ 30 kV/ cm 时， 会击穿空气产生雷电。在闪电过程中， 伴随强大的瞬时电流，释放巨大能量，闪击通道短时间内急剧升温，强大的瞬间电流会在周围形成非常大的瞬变电磁场。雷电电磁干扰的破坏性最大，往往造成设备介电常数下降，保护装置、监控系统误动作，电子元器件损坏，甚至停机停产。

3 抗干扰技术的研究

电子技术广泛应用于多个领域，因此，产生了各种形式的电磁干扰，并且干扰不能够被完全消除，但可以参考电磁兼容原理，采取多种方法，将电磁干扰的影响控制在一定的范围内，确保电子系统的兼容性。

其中，抑制电磁干扰的最常用的措施便是屏蔽技术，其主要是根据金属隔离原理来控制某一区域的电磁场对另一区域电磁场的干扰。包含两层内容：①将电路、接收设备、系统用屏蔽体包围起来，使其不受外界电磁干扰的影响。②把电路或整个系统的干扰源用屏蔽体包围起来，使得电磁干扰无法向外扩散。按照产生原理可以把屏蔽划分为三种方式，分别是：磁场屏蔽、电磁场屏蔽、电场屏蔽。

对高频及低频磁场的屏蔽采用的屏蔽技术是磁场屏蔽。高频磁场的屏蔽材料采用低电阻率的良导体，使得高频磁场在屏蔽体中产生涡流，其所形成的磁场与外界磁场相互抵消，进而达到屏蔽的效果。低频磁场屏蔽根据铁磁性材料的高导磁率对干扰磁场进行分路，使得通过空气的磁通量大幅度减少，从而降低干扰源带来的影响，取得磁场屏蔽的效果。

接缝处理和通风散热设计。由于屏蔽体维修、制造、散热等要求，上面都有形状不同、尺寸各异的孔缝，对屏蔽作用有重要的影响，必须采取适当措施抑制泄漏电磁。在设计时根据磁电泄漏的影响因素，必须及时加以抑制。磁电泄漏抑制主要划分为：通风孔上电磁泄漏抑制与装配面接缝泄漏抑制。主要设计策略包含以下几点：①使得大面积通风孔上覆盖金属丝网，能够有效的防止电磁泄漏。金属丝网结费用低、结构简单、通风量比较大，其屏蔽性能与网孔疏密程度、导电率、网丝交点处的焊接质量有关；②在满足屏蔽体通风量要求的条件下，根据小孔代替大孔的原理，采用穿孔金属板；③采用截止波导通风孔阵，波导对在其内传播的电磁波具有高通滤波器的作用，即高于其截止频率的电磁波才可以通过；④加宽金属之间的搭接面，装配面处加入电磁密封衬垫，使其缝隙深度增加。

切断电源干扰。电源带入的干扰对现代电子系统的危害最大。低通滤波、交流稳压、隔离变压、直流稳压等是目前在电源中所采取的主要的抗干扰技术。

切断过程通道干扰。过程通道抗干扰技术主要包括以下几种：①模拟接地与数字接地分开，避免公共地阻抗对模拟信号与数字信号产生的耦合作用；②通过各类隔离放大器隔离模拟信号，采用光电耦合隔离器隔离数字信号，特别是用于不同接地电位的系统之间的信号传输；③用电流传输代替电压传输，虽然干扰噪声电压幅度较大，但其能量很小，只能形成微弱的电流，容易被抑制。

抑制空间干扰技术措施。主要包括：加大元器件间及导线间隔；开关功率源远离敏感部件；长线传输时使用同轴电缆或屏蔽线；接地屏蔽且使用金属机壳。

印刷电路板抗干扰技术。地线设计使得大部分的干扰问题能够得到解决。设计电路板时应注意几个技术问题，分别为： ①多点接地及单点接地的选择。高频电路中， 地线阻抗比较大，采用多点接地法，能够降低地线阻抗；低频电路中，元器件与导线间的感应比较小，接地电路的环流干扰对系统影响较大， 因而采用单点接地。②接地线应尽可能加粗，使地线电阻减小，使因公共阻抗耦合干扰减小。③模拟信号地和数字信号地分开连接。④把数字地做成闭合的网格，使得元器件的地线电位差降低，提高抗干扰的能力。

电源线的布置。依据电流大小尽量增大线条的宽度；电源线高频阻抗小，与逻辑信号线平行布线，以起到与地线相似的隔离作用，使电源线远离敏感信号线，减少干扰。

接地防雷保护。接地网设计遵循的原则： ①尽量采用建筑地基钢筋以及自然金属物作为接地网；②以自然接地物为基础，以人工接地物作补充；③电子系统接地通常采用单点接地，如果系统复杂可采用多点混合接地。

4 结束语

现代电子系统中抗干扰问题除上述外，应有不少没遇过的，需要在不断实践中总结经验，促进抗干扰技术不断的提高。硬件结构是电子系统抗干扰性能的根本，软件抗干扰只是补充。因此，硬件的设计应尽可能完善。功能的实现要考虑硬件受到干扰时的失效情况，在保证控制功能、实时性与控制精度的前提下，应尽可能提高系统的抗干扰性能。

参考文献

[1]周佩白，鲁君伟，傅正财，等.电磁兼容问题的计算机模拟与

仿真技术[M].北京：中国电力出版社，2006.5

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T21431）2008建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]冯力.电磁干扰及其抑制技术[J].电子质量，2003

[4]孙可平.电磁兼容与抗干扰技术[M].大连海事学院出版社，2006.endprint