对数字电路抗干扰设计的探讨

朱斌

摘 要：众所周知，对数字电路实施科学合理的抗干扰设计，能够显著减少因弯路过多造成的时间损耗，由此极大地提升系统的运行效率，在文章的研究过程中，主要是通过硬件和软件系统的设计，实现对数字电路抗干扰设计。

关键词：数字电路；抗干扰设计；研究

1 数字电路的干扰形成因素

第一，干扰源。这主要指的是能够带来干扰的信号、元件抑或各种设备。例如，雷电、继电器等均能够被看成是干扰源。第二，传播路径。这主要指的是干扰由干扰源传输至敏感器件所经过的路径。例如，在实际情况中，可以利用导线进行传输。第三，敏感器件。指的是易于被进行干扰的对象。例如，A/D变换器、单片机等。

2 数字电路设计之中的抗干扰对策

通常来说，防电磁干扰的途径包含三类，也即屏蔽、滤波和接地。

2.1 接地技术

通常来说，在强电系统中最早使用接地技术，基于该技术能够保障人身和设备的安全，也就是说，通过把接地线接到大地上，由于大地电容较大，能够起到良好的导电性能。随着研究深入和科学技术的发展，在弱点系统中也开始广泛使用接地技術。在实际应用过程中，就电力电子设备而言，能够把其接地线直接接到大地上，一旦电流通过该参考电位时，就不会产生电压降，这时，就会起到良好的抗干扰性。

2.2 滤波技术

通常来说，滤波技术其所起到的作用体现在两个方面，一是对信号进行选择，二是对干扰进行抑制。据此根据滤波器的实际功能，可以将其划分成两类，一是信号选择滤波器，二是电磁干扰（EMI）滤波器。

第一，信号选择滤波器。在实际运用过程中，通过该装置能够最大程度上去除不需要的信号分量。第二，电磁干扰滤波器。在实际运用过程中，通过该装置可以有效抑制电磁干扰。一般来说，该装置又被划分成多个类别，例如，信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器等。

2.3 隔离技术

隔离技术的运行机理体现下述几方面，利用隔离元件将噪声干扰的路径切断，在这种情况下，就能够对噪声干扰进行抑制。大量的实验结果表明，基于相应的隔离技术，使得大部分电路均能够起到抑制噪声的结局，在这种情况下，就能够显著提升设备符合电磁兼容性的各种要求。

第一，电磁隔离。这主要是利用变压器来进行实施。也就是说，在实际应用的过程中，基于变压器传递电信号，在这个过程中，阻止了电路性耦合产生的电磁干扰。第二，光电隔离。这主要是通过光电耦合器来进行实施。换句话说，通过两种方式来实现，一是利用半导体发光二极管（LED）的光发射来进行，再就是，利用光敏半导体的光接收来进行，基于上述装置，就可以达到传输信号的目的。第三，浮地隔离。浮地指的是该电路的地同大地无电气连接。利用浮地技术旨在把电路抑或设备同公共接地系统隔离开来。

3 线路板设计时的抗干扰对策

3.1 印制电路板布线

众所周知，印制电路板的重要性不言而喻，通过该设置能够构成数字电子设备，在这种情况下，为最大程度上保障印制电路板的电磁兼容性，就需要按照下述原则，对印制电路板布线的进行设计。

第一，通常来说，可以忽略外部传导干扰对电路的影响，再就是，能够忽略辐射干扰对电路的影响。第二，印刷线路板上的各部分电路相互之间并不存在着干扰，也就是说，均能够运行良好。第三，在实际应用过程中，要最大程度上降低两方面的辐射，一是印刷线路板对外的传导发射，再就是辐射发射。

3.2 合理设置去耦电容

第一，在实际应用过程中，如果某些原件的抗噪能力比较弱，例如，RAM、ROM存储器件，这时，就需要在设备的芯片电源线与地线之间直接接入去耦电容。第二，电容的引线要保持合适的度，也就是说，不能够特别长，在实际应用过程中，对于高频旁路电容而言，必须保障其不存在着引线。

3.3 特殊器件的处理

第一，在实际应用过程中，为有效降低噪声，使得和系统抗干扰能力增强，这时，应最大程度上选取外时钟频率较低的微控制器。需要说明的是，在信号传输的过程中，通常会出现畸变现象，这时，为彻底解决该问题，就需要对信号在印制板上的传输方式进行控制，也就是说，其延迟时间不能够超过所用器件的标称延迟时间。第二，注意印制电路板同各种元器件的高频特性。通常来说，电阻对高频信号产生的反射，会对引线的分布电容起作用，如果在实际应用过程中，引线的长度比较大，其值域大于噪声频率相应波长的1/20，在这种情况下，就会出现天线效应现象。

3.4 元器件的布置

第一，在实际应用过程中，部分元器件的体积比较大，且比较容易发热，这时，就不能将其安装到印刷电路板上，可以通过安装到整机机箱底板上来实施，在这个过程中，也要重点考虑设备如何实施散热。第二，对于能够进行调制的元器件，例如，电位器、可变电容器等，在进行部署的过程中，必须要考虑整机的结构布置。在实际的过程中，可能会出现机内进行调节的情况，这时。应把调制装置部署到便于调节的位置。反之，要控制其部署的位置在同调节旋钮适配的地方。第三，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。尽量缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。第四，如果在实际应用过程中，存在着部分可能有较高电位差的元器件，也有可能是导线，在这种情况下，就需要对二者之间的距离进行扩大。这主要是为了避免因出现放电现象，从而导致意外短路的情况。

4 软件抗干扰方法

现阶段，就软件抗干扰技术运用而言，主要包含下述几个方面。

第一，数字滤波技术。也即立足于电磁兼容方法的基础上，进而对相关数据实施干，由此达到目的。需要说明的是，该技术运用使基于硬件措施的失灵条件下，换言之，通过软件实施数字滤波处理，进而消除数据中的各种干扰，在这种情况下，能够最大程度上保障采集数据的真实可靠性。第二，软件“看门狗”技术。利用“看门狗”技术，能够有效避免干扰信号进入程序，进而出现死循环的情况，一般来讲，该技术在硬件和软件中均可以运用。看门狗就其本质而言，也即通过定时器，来对主程序的运行过程实施计时监控，一旦到规定时间仍旧无法复位定时器，这时，会出现死循环情况，基于看门狗技术，会自动使单片机恢复原位。第三，软件拦截技术。通常来说，如果干扰作用在微控制器的CPU部位，这时，会造成系统的完全失灵。例如，直接破坏程序中的计数器PC状态，造成程序出现“死循环”、“乱飞”等情况。基于此，在对电路进行设计时，利用软件拦截技术，就能够完全避免上述情况的发生，进而保障运行程序恢复正常。

5 结束语

针对数字电路的抗干扰设计，在文章的研究过程中，主要是通过硬件和软件两方面来进行，通过二者的有机结合来加以完善，尤其是软件方面，更是要重点关注，使其便于控制。需要说明的是，在实际设计过程中，不能仅仅考虑单个影响因素，要考虑多方面因素，也就是说，对硬件设计要提高标准，在此基础上，加大应用程序的开发设计，由此在保证实时性、控制精度和控制功能前提下，显著提升系统的抗干扰性能。

参考文献

[1]张邦宁.通信抗干扰技术[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2]诸邦田.电子线路实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]粱业伟，等.对实际数字电路中冗余故障的分析[J].计算机研究与发展，2014（12）：11-12.

[4]傅建平.弱电系统中的接地技术[J].南昌航空工业学院学报，2012（6）：22-24.

[5]钱照明，程肇基.电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术[M].杭州：浙江大学出版社，2012.