电子电路设计中的抗干扰措施

赵禹轩

（西北大学 陕西省西安市 710127）

在电子科技飞速发展的今天，集成电路在各领域中的实用价值越来越突出，日常生产生活都已经离不开集成电路的运行。但是，电子电路却在随时随地遭受着来自四面八方的电磁干扰，一旦其失去抗干扰能力，将会难以正常工作，进而为人们的日常生活、生产带来难以预料的损失。因此，如何能够不断提升电子电路设计中的抗干扰能力，促使电子电路正常、高效运行下去已成为相关研究人员及设计人员所要面对的首要问题，不断探索和提升电子电路设计中的抗干扰能力已经刻不容缓。

1 干扰的概念

所谓的干扰，从其字面理解就是会导致系统无法稳定、正常运动的不良因素，可能存在系统内部，也可能存在系统外部。从广义上看，会干扰到机电一体化系统稳定、正常运行的因素有很多，比如电磁干扰、湿度干扰、震动干扰等，而这些干扰因素中，最常见、最难以控制的就是电磁干扰，且该种干扰因素对系统的影响最大，并不是通过物理等方式能够有效解决的，是无处不在又无法消灭的。

针对电磁干扰，主要是指在人们的日常生活和工作中，受周边因素影响，会出现各种与有用信号没有关联的，甚至可能对运行系统或信号传输产生威胁的电气变化现象。在电磁干扰下，信号的数据会出现瞬态变化，进而导致误差增强，甚至会出现影响判断的假象，严重的可能导致整个系统崩坏[1]。

除此以外，任何的干扰都是有迹可循的，大多干扰的源头都是源自电子系统内部或外部。比如电子系统的内部噪声信号，其频率越高越容易形成电子系统的内部干扰；又如，电子系统周围的大功率电子设备，这些设备所散发出的信号就可能对电子系统正常运行产生影响。通常而言，干扰源是客观存在的，并不是刻意为之，因此为了电子电路能够正常工作，就需要在进行电子电路设计的过程中注重抗干扰设计。

2 电子电路中较为常见的干扰

在电子电路设计中采取抗干扰措施，主要是从干扰进入到电子电路系统就开始抑制。目前，电子电路中较为常见的干扰主要有四大类：

（1）由电网所引起的干扰，比如雷电感应产生的强烈的高频浪涌电压等；

（2）由地线所引起的干扰，其属于电子系统内部干扰，是因为电子电路的电流都会通过一个公共地电阻，进而导致电压降，由此形成噪声干扰信号，影响到电子电路的正常运行；

（3）由信号通道所引起的干扰，包括信号线之间的串扰等；

（4）由空间电磁辐射所引起的干扰。

3 电子电路设计中的抗干扰措施

针对上述对干扰概念，以及电子电路中较为常见干扰的分析，本文从以下三方面着手提出电子电路设计中抗干扰的有效措施：

3.1 抗电网干扰的措施

在进行电子电路设计的过程中，为避免从交流电源线引入干扰，可通过如图1 所示的措施进行预防。具体分析如图1。

图1：抗电网干扰的措施

图2：双T 滤波器

3.1.1 交流稳压器

在进行抗电网干扰的过程中，交流稳压器起到了重要作用，其主要是为了确保所供电更加安全、稳定，以此避免发生过电压问题，也能够降低欠电压问题的出现几率。当这一目标得以实现，那么将会促使整个电子系统都更加的安全、可靠。

虽然通过上述所讲已经明确交流稳压器的安装重要性，但是该设备的制作成本较高，所以其市场价格相对要高一些，大多在较大型的电子电路设计，或抗干扰要求较高设计中配置，一些较小型的电子电路设计中并不常用。

3.1.2 电源滤波器

如果有交流稳压器，则电源滤波器接其后，如果没有则以电源变压器为准，接其前。该设备的存在主要是为了确保交流50Hz 基波的顺利通过，并且能够将高频的干扰信号从中过滤出去。通常情况下，在电子电路设计中添加电源滤波器是为了避免工频串模干扰，以此使得电源波形有所改善。

3.1.3 带有屏蔽层的电源变压器

针对高频干扰信号，其在通过电源变压器之后的关键传播途径为一次线圈和二次线圈之间的分布电容，并非一次线圈和二次线圈之间的电磁耦合。基于此，可在一次线圈和二次线圈之间增添一个金属屏蔽层，同时要将该屏蔽层与机壳地相接，这样不仅能够促使分布电容值降低，同时也能够避免高频干扰信号通过变压器进入二次侧。

3.1.4 双T 滤波器

经过大量实践研究发现，在众多抗干扰措施中，滤波的作用最为突出。

针对干扰源所发出的电磁干扰信号而言，其频谱要较正常传输信号的频谱宽，并且差异显著。基于此，在进行抗干扰的过程中，设计人员就可以利用这一点，通过采用滤波的方式过滤到那些不希望被接收到的干扰信号，只让符合要求的频率成分通过，以此确保电子电路能够正常运行。在此背景下，相关研究人员研究出了双T滤波器，如图2 所示，该种滤波器应用到整流电路中时，即可实现对固定频率干扰信号的有效抑制，避免这些干扰信号进入到电子电路中[2]。

在使用双T 滤波器的过程中，所涉及到的电路参数计算公式如下：

如果在实际应用时，想要抑制50Hz 工频干扰，那么只需要将f 设置为50Hz 即可。

除此以外，对于一些抗干扰需求并不是很高的电子电路系统，在实际设计中可以忽视这一环节，避免因该环节的设计导致电路变得繁琐，影响到后续运行。

3.1.5 无极性电容

在电子电路设计中进行抗电网干扰时，除了上述几种方式外，还需要选用0.01μF-0.1μF 的无极性电容，将其与直流稳压电路的输入端、输出端并联，并将其设置在集成模块的电源引脚上，也可以实现将高频干扰有效过滤掉的抗干扰目标。

3.2 抗地线干扰的措施

针对地线干扰问题，在进行电子电路设计的过程中，可通过以下措施实现有效抗干扰目标：

（1）在进行实际设计的过程中，应该以一点接地为主，也就是要保证各部分的地自成一体之后，再分别接到公共地的一点上。需要注意一点，由于在印制电路板上使用该种措施并不容易布线，所以大多改用串连接法。基于此，为确保将地线噪声干扰降至最低，可通过增加地线宽度的方式应对。

（2）在进行实际设计的过程中，设计人员需要将强信号电路与弱信号电路的地分开，但是需要将二者在同一点上进行接公共地操作。

（3）在进行实际设计的过程中，设计人员还需要将模拟地和数字地分开，同样需要将二者在同一点上进行接公共地操作，但是要注意不要让二者出现交叉混连的问题。

（4）在进行抗地线干扰设计的过程中，不管采用哪种方式接地，都应该确保接地线短一些、粗一点，这样能够有效降低接地线的电阻。

3.3 抗信号通道中干扰的措施

面对电子电路设计中的信号通道干扰问题，目前较为常见的抗干扰措施就是采用双绞线传输或光电耦合传输的方式。具体分析如下：

3.3.1 双绞线传输抗干扰

关于该种抗信号通道中干扰的方式，主要是指每一个信号都使用两条互绞的线完成传输问题，而这两条线为信号线和地线。通过该种方式，能够有效避免空间电磁的干扰，以及信号地线干扰和线间串扰，而且该种方式也十分简单。对于该种方式的原理，主要是由于空间电磁场在每个绞环内所产生的感应电动势相等，而对于每一条线而言，这种感应电动势是能够进行相互抵消的。基于此，采取该种方式不仅能够实现抗干扰目标，同时也不会影响到有用信号的正常传输。另外，信号电流在这两条线上的方向不一致，但是大小相等，因此该种方式也就导致与其他信号线的互感消失，有效避免了串扰的发生。最后，每一个信号的地线都是独立的，因此也就不会发生信号地线干扰的问题[3]。

虽然该种方式的抗干扰效果很好，但是在采用该种措施的时候也需要注意两点问题：

（1）就算采用的长线传输，那么也需要在设计时多给阻抗匹配一些关注，即负载与双绞线特性阻抗二者的匹配会是否符合要求，这样才能够避免传输反射现象的出现，进而大大降低信号失真几率；

（2）针对电子电路，其系统内部信号线也容易出现问题，比如串扰，虽然影响并不是很严重，不过一定要区分好高频和强信号线与弱信号线，要让其分开走。

除此以外，在进行该种措施设定的过程中，还需要依据数字信号传递传送距离的不同确定双绞线的正确选用方式。比如，当传输距离不足5m，那么需要在发送、接收端安置负载电阻等。

3.3.2 光电耦合传输抗干扰

该种方式主要是通过光电耦合器实现抗干扰目标，主要是因为电耦合器由发光二极管和光敏三极管构成，而二者之间又是相互绝缘地，不仅能够实现对尖峰脉冲和各种噪声干扰的高效抑制，同时也能够促使过程通道上的信噪比得到增强。在实际应用的过程中，信号将从发光二极管进入，这时二极管会发光，在光敏三极管基极正式感受到光照的过程中，会对所接收到的光信号进行转变，将其化为电信号，并且通过集电极传递出去。

经过上述的探讨可以发现，输入和输出两者间并没有什么关联，因为二者已经被隔离开来，也就表明仅有光耦合，而与电并无联系。基于此，两边的地不同，各部位之间相对独立。在进行电子电路设计的过程中，如果能够在每条输入信号线和输出信号线之间都设置一个光电耦合器传输信号，那么将实现对信号地线干扰的有效控制，还能够避免信号线上的噪声干扰[4]。

除此以外，因为光耦合器的输入阻抗并不是很高，不过其叠加而成的噪声信号内阻过大，也就表示就算噪声信号的幅值并不是很小，可其通过光耦合器中，都会使其降低，最终变成极其微弱的电流，并不能够促使二极管发光，也就实现了对干扰的抑制。

3.4 抗空间电磁辐射干扰的措施

针对来自空间电磁辐射的干扰，其对电子电路的影响并不是很大，所以在进行实际设计的过程中，可以通过将电子电路系统设计到原理干扰源的位置即可，或者可以通过一些设备阻挡，比如在二者之间设置屏蔽线等。

4 结束语

综上可知，随着现代科技的不断发展，电磁干扰的范围已经越来越广阔，如果不给予解决，那么将无法确保电子电路在电磁干扰中正常运行。因此，为了不断提升电子电路设计水平，以及其运行效率，就需要相关设计人员能够注重电子电路的抗干扰设计，要能够在不断实践中积累经验，找到更多可以融入到电子电路设计中的抗干扰措施。