电子电路可靠性及抗干扰策略探究

游惠明

厦门精合电气自动化有限公司，福建厦门，361000

0 引言

在社会发展不断提速的背景下，社会各界对电能的需求逐渐趋于多样化，影响电子电路稳定性和可靠性的因素也越来越多，良好的抗干扰措施逐渐成为群众重点关注的内容。在现有防护体系中实现抗干扰、抗浪涌冲击等具有较强的技术难度，工作人员需要在日常工作中不断总结电子电路中常见的干扰问题，明确浪涌产生的原因，针对性地制定解决措施，以便于更好地服务群众。

1 抑制空间电磁场的干扰

空间电磁场的干扰主要体现为多种渠道产生的电磁波，市面上常见的电子设备会因为电源电流数值波动较大或电荷异常情况，进而产生安全隐患，而且上述情况在现场环境中还会形成异常电磁场，进而引发电磁干扰问题。对此相关人员会针对性地采取防范措施，安装外部防护装置或涂抹防护材料，也有先利用其他材料将工器具整体包围的做法，后续再利用完善的接地措施，将金属外壳作为导体引导异常的电离子流向大地，避免电流相互之间产生电磁感应，最后演变成强电磁波。

2 提高电源系统的抗干扰能力

电源结构在向系统执行电力供应工艺时，也会将其噪声耦合到系统电源上，这种现象对电路运行稳定性有非常恶劣的负面影响，故而科研人员经过多年的实践验证和理论分析后发现，确保系统电源稳定供应是保障系统正常运行，避免受到外部因素影响，提升电力供应稳定性的重要渠道。为了有效提升防护能力，减少异常情况，技术人员通常会选择在交流电源上增加电源滤波器，让其附近频率成分通过设备控制在合理范围内，若出现高频率异常情况，可以利用仪器设备完成频率衰减，进一步抑制干扰和噪声。

3 提升信号传输强度及干扰抵抗能力

进一步提升信号传输通道的结构强度和抗干扰能力，避免接收信息和实际情况出现异常误差或信号传递不稳的现象，因为这些都会导致电子电路无法正常工作。通常情况下，技术人员会通过以下几点措施来进行抗干扰，加强信号传输通道的稳定性。

3.1 利用光电耦合器和电子滤波器

当信号传输设备需要执行相关工艺输出信号时，利用光电隔离措施可以将微处理器和信号传输通道隔离开来，有效避免干扰信号的入侵，确保电路板工艺约束的前提下，能够稳定运行，不会出现输入信号误差或高噪声区信号误入等现象。

3.2 负载阻抗匹配措施

采用负载阻抗匹配措施，减少信号传输过程中可能出现的畸形变化。一旦信号传输过程中出现异常状况，整个系统会出现明显的应激反应，甚至会损坏设备，进而引发信号出现畸形变化，不仅会造成系统噪声，更会导致整条信号链出现破损，导致信号接收设备无法获取到准确的指令，后续工艺也无法正常开展。当工作人员按照应急预案进行处理时，可以让原有异常的工作参数趋于平稳，有效规避可能出现的短路等危害。

3.3 合理利用双绞线设施

由于线路本身容易受客观因素的影响，其中最常见的就是电阻值等参数会受信号传输异常状态的影响。一旦此时需要进行远距离信号传输，其隐患的影响力会逐渐增加，其分布情况以及工艺执行数值会受客观因素的影响而产生变化，此时很可能会出现信号干扰情况。为阻止这一现象，可使用对应的双绞线设施，进一步提升信息传输通道的稳定性，避免异常情况频繁出现。

3.4 抑制共模、差模干扰

综合上述多种情况皆无法解决时，工作人员可以在信号传输过程中对二者的干扰形式进行抑制，并根据其各自的概念来调整抑制方式，合理调控工作指标，确保信号稳定，减少不必要的风险问题。但考虑到差模干扰的来源比较广泛，最常见的是电源和线路之间出现电感应耦合情况，当所处地址和被检测信号出现数值冲突时，耦合情况便会随之出现，进而导致信号线路难以正常运行，且电源线输出时各项数据会共同抑制共模电流的稳定性，提升其干扰危害。对此，工作人员可以在信号线路或电源接口处增加简单的低通滤波电路，利用合理的电感和电容组合方式，确保信号线和接地装置不会产生异常干扰，电流将电感串联在要滤波的信号线上，保障整体传输线路的稳定性。

4 对自激与消除现象进行处理

工作人员需要明确，高频自激振荡主要是由于在安装过程中系统结构受到影响或线路分布存在不合理情况，导致能源输出量不稳定，输出线路和接口输入线路距离异常，进而导致电流出现正反馈作用。基于此，设备在安装和调试过程中，为了确保每个元器件的布局科学合理，且能按照预期方案缩短线路跨越的长度，可适当进行高频数值分析，通过启用对应的处理方式，用低压放大器对高频电信号进行适当处理，避免出现严重的故障问题。另外，还要关注电阻异常现象。这种情况通常会出现在因电池使用时间过长而输入及输出电压出现相应变化，从而形成的恶性循环体系，且在电荷离子异常游离过程中，便会出现震荡情况，最常规的消除方法就是加入电源去耦电路，消除相互之间的影响。

5 电浪涌现象的及时处理

电浪涌是短时间之内系统内部出现高电压电流冲击的异常情况，这类隐患问题出现频率较低，可一旦发生就会对电子元器件造成极为严重的破坏，轻则会导致电路出现误动作或局部地区出现轻微零件损伤，重则会导致核心零部件直接出现永久性破坏，甚至会引发火灾等安全事故，危害工作人员生命财产安全。基于此，科研人员近些年也从未停止过相应的防范体系研究，时至今日已经建立了许多应对方案，具体情况如下。

（1）针对集成电路开关工作时产生的浪涌电流，集成电路在输出状态翻转时，其电流瞬间数值会产生很大的变化，由于其具有很高的频率成分，会导致周围的电容受到抑制。例如曾有某企业的电子设备在实际工作过程中，由于人员操作失误，导致部分设备的运行数值出现误差，使整个集成电路在工作时未能进行良好的数值测算，导致设备长时间处于异常运行状态，开关处产生大量的浪涌电流，但经过自动化设备的探测，及时向工作人员做了预警。技术人员到现场后，根据经验和实际情况，在集成电路旁嫁接一个0.1F左右的电容，使得现场电流趋于稳定，有效避免了一场严重的安全事故。

（2）上述情况主要是由于电路在输入电流时起状态突然中断，使得原有的线路中出现一股和正常方向对冲的异常电流，进而导致电压随之变得不稳定，为抑制这种情况保护驱动元器件，技术人员可以在电杆两侧并接保护电路，利用二极管齐纳二极管钳位等防护设施的效果完成整个系统的防护工作。

（3）接通电容性负载时产生的浪涌电流，这种隐患问题主要是因为电路中开关、电路或功率管驱动时出现电容性异常负载，使得电路输出端在转换过程中出现两端电压突变、交变电流异常的情况，其危害性和故障原理与正常的电路短路有相似之处。但电容性负载产生的浪涌电流会远高于正常的短路，其异常的电流会瞬间对设备带来严重的损伤。为解决这一情况，技术人员可以在接通电路的瞬间接入一定电阻，电阻值的具体数额要根据实际情况进行计算，当期转化掉部分异常电流后再撤掉，以此来保障系统稳定性，避免发生进一步危险。

6 器件优化选择

积极主动地对接市场，了解新型设备的优势，改善现有的工作体系，引进先进的仪器设备，不仅可以减少噪声的产生，提升电路运行的稳定性，还可以利用其先进的特性和功能来保障现场的安全性和工艺的稳定性。例如，实验表明，在常用的低噪声电路中，使用金属膜电阻器可以借助云母和磁介质等材料有效防漏电，合理管控电容电解值[1]。从其原理上来看，该目标的实现主要得益于结型场效应管，相对于普通三极管来说，其具有极高的输入阻抗，不仅噪声减小，甚至有一定的降噪功能。对于现场电磁干扰强度极大且存在共模干扰信号的环境，使用优质元器件可以防止老化问题，借助光电耦合器和放大器，可以减少元器件的反馈影响，减少电路辐射情况。基于此，在选择相关处理元器件时，需要考虑噪声指标对系统自身的干扰能力，在尽可能满足性能的前提下，选用频率更低的设备来处理，以进一步减少干扰现象的危害，控制噪声的来源。

7 印制电路板的可靠性和抗干扰性设计

电路板是由电源线、信号线、元器件等集成的装置，其在运行过程中难免会因为相互之间的电磁场或电流运行情况而产生不同程度的干扰，所以在印制电路板设计时，需要提前制定完善的方案，如图1所示。

图1 印制电路板抗干扰设计

7.1 合理设置导线

导线最小宽度和安装的间距必须要控制在0.2mm以内，在确保线路布置密度符合现场需求后，再适当加宽导线的直径和其间距，但前提都是要确保信号接收稳定，并且核心线路最好要汇聚在电路板中央，尽可能靠近底线，形成更小的电线回路，避免风险。另外，线路在设计时，要尽量避免过长距离的平行线路，将各个点位之间连接长度控制在最短并将拐角设置为130度左右，切忌形成90度或其他形状的标准几何图形，因为这会产生大量的耦合电压[2]。但这些数值并非完全标准，工作人员需要针对现场的高频信号和其他干扰因素进行统筹分析，妥善连接信号线路，缩短引线长度，最后制定布线方式。在设置导线时必须确保其本身的材质为优等且绝缘设施完善。在实际工作过程中，经常有技术人员重视导线的布局路线以及使用长度，却没有切实对导线的主体材料以及外部绝缘装的安装情况进行分析，致使虽然工作人员可以保障线路不会出现明显的隐患问题，但绝缘层破损等情况却有发生。这类问题虽说只需要对外部防护装置进行更换即可解决，可隐患发生的第一时间若没能被发现，就会导致电源裸露，从而在职工发生触碰或导线沾染水渍等情况时，都有可能引发严重的短路问题。而且不完善的配套设施也会带来高昂的材料整理费用，这也是行业发展的一大掣肘。

7.2 合理布置器件

器件布局虽说不是影响电流干扰的主要因素，但如果没有合理考虑电路结构，并未对元器件安装位置进行科学布局，也会导致电流在输出过程中相互关联的元器件无法快速传递信号，从而出现工作频率异常的情况，且电荷离子的游离也缺少规范性，很多电流会跨越较长的引线达到下一个信号接收设备中，这样不仅会使得工作效率过低，同时还容易发生安全隐患。一旦出现短路问题，周围串联的电路都会受到影响，远距离输送信号的设备也会迅速停止运转，进而导致整体工作受阻[3]。另外，在实际工作过程中，有很多工作人员经常会忽略电子电路元器件布局问题的重要性，认为只要不存在裸露线路相互接触的情况，便不需要进行过于细致的电路排版,设备质量完好且无明显质量以及布局问题，便不会产生过于严重的风险。但现实情况却不断为相关人员敲响了警钟，近段时间，曾有一企业在生产电子电路时，已经购置了符合安全性能的仪器设备，但在工作过程中，部分同批次零件所组装的仪器设备还是出现了故障问题，进而导致现场发生爆燃现象，损失不计其数，甚至还出现了人员伤亡。事后相关人员对现场进行勘察和分析后发现，出现上述情况的主要原因是相关人员并没有对电子电路进行合理的布局，在工作过程中，很多游离的电荷离子形成了异常的电磁场，最终导致设备短路。由此可见，硬件设备的性能是重要的管理工作，布局问题同样也不能忽视，否则其会带来极其严重的影响[4]。

7.3 接地技术

合理选用接地技术，安装接地系统是减少电磁干扰最重要的方法。正确的选用接地技术，可以保障电路内的电流趋于稳定，不会出现异常状态，并且线路的布局方法也会使各零件之间的电感效应降低，减少异常电流电磁场的影响，但如果信号工作频率长期处于10MHz时地线阻抗会变得非常大，此时就应该使用多点接地方式，减少环流干扰影响。但当工作频率处于1～10MHz时，就需要采用单点接地方式，避免出现电路相混导致电流异常等情况。但上述工艺的落实，也需要将每一个线路和地面的接触面积扩大，并尽可能对线路进行加固、加粗处理，否则很有可能因为瞬时的异常电流变化而导致设备出现故障，其安全性能降低，其危害反而可能提升。另外，接地技术一直都是电力相关行业需要重点关注的内容，接地不完整所带来的风险问题多样且严重，曾有很多企业因为接地设施不完善引发了许多安全问题，这不仅会影响行业的发展，更有可能导致现场工艺的安全性无法得到保障。众所周知，我国十分注重职工人身安全，若安全性不能达标，是无法通过国家审批的，其重要性可见一斑[5]。

8 结语

综上所述，电子电路的可靠性和抗干扰能力提升是一项囊括多学科知识的系统工程，其本身具有极高的技术难度。但工作人员在实际设备调试和设计安装等过程中，应不断积累经验，分析影响现有系统可靠性的因素，以此作为参考，针对性地制定应急体系，并逐渐演变成防护结构，融入集成化和信息化技术，进而保证电路长期稳定可靠地运行。