電子電路可靠性及抗干擾措施研究

武漢科技大學 信息學院 李德芳

電子電路可靠性及抗干擾措施研究

武漢科技大學 信息學院 李德芳

一、電子電路干擾的分類

1. 元器件內部干擾。內部干擾主要是指電路本身所產生的干擾。內部干擾來源主要有下面幾個方面：內部組件相互干擾；元器件的噪聲干擾；內部線路的布局不妥造成的干擾；脈沖干擾；級間反饋干擾等。這些干擾主要是由于元器件接觸不良、布局不當、耦合形成的。尤其是噪聲干擾，基本上所有的電子元器件的本身都存在著固有的噪聲，例如，電子元器件在工作時產生的熱量，造成元器件的參數隨著溫度的波動而變化形成的熱噪聲，還有一些交流噪聲、接觸噪聲等。

2. 外界自然干擾。自然干擾是無法避免的，但是，在設計安裝的過程中可以加以控制。自然干擾主要體現在自然現象，例如，雷雨天的閃電、雷擊，宇宙射線造成的輻射，地球的輻射等。但是，這一類干擾主要是對一些通信、導航等設備有較大的影響，對于一般設備則不用過多考慮。

3. 人為干擾。人為干擾主要表現為噪聲干擾和工業干擾。工業干擾中主要就是高頻加熱、脈沖電腐蝕所造成的磁場干擾。人為的噪聲干擾中包括一些工業干擾，例如，各類電器設備所引起的電火花所產生的噪聲干擾，電暈放電所產生的噪聲等。這類干擾也是不可避免的，也是最主要的一類噪聲源。所以，在進行設計、安裝過程中要做好防范措施。

4. 電磁場的干擾。在工業現場進行測試時，大功率的電氣設備產生的磁場及高壓高頻電氣設備所產生的電場都將產生極強的干擾信號。電磁干擾又分為傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾主要是電磁沿著電源線或信號線傳輸過程中所產生的干擾。例如，設備的電磁能量沿著設備之間的連線傳輸到其他設備時所造成的干擾，及設備內部通過公共電源線所造成的內部干擾等。輻射干擾，是電磁在空間傳播過程中所造成的干擾。例如，電源電路、控制電路等在一定條件下都可能造成輻射干擾。

二、電子電路抗干擾措施

1. 抑制干擾源。在電子電路中有一部分的干擾是可以在干擾源處就采取措施使其消除或將其抑制的，但有些干擾是無法在干擾源處將其消除的。而對于一些能抑制干擾源的干擾，通常采取在繼電器接點兩端并接火花抑制電路，減小電火花影響；給電機加濾波電路；布線時避免90°折線,減少高頻噪聲發射；還有一些噪音干擾，可采取對工作線圈增加電磁屏蔽磁場噪聲來進行抑制等。

2. 設計中加強印制板的可靠性和抗干擾性。

（1）印制導線的設置。導線的銅箔厚度、寬度和長度，直接影響著電阻和電流。相鄰導線的間距也直接影響著線間的串擾。所以，在布置中要做到合理有效。由于導線種類太多，所以在這里只針對性地進行淺談。專業人士都知道，導線最小寬度和間距一般不小于0.2 mm，在布線密度允許時，可適當地放寬。對于電路中的主要信號線，最好使其匯聚在板中央，力求靠近地線。切記在設計信號線的走向時，不可設計成直角或者更小角度的形狀。在布線時，要力求最短。相鄰布線面導線采取相互垂直、斜交或彎曲走線的形式，以減小寄生耦合。數據總線常載有高頻電流，所以在布線時應每兩根信號線之間夾一根信號地線。而地線和電源線在布線時很難縮短長度，所以，在允許的情況下，盡量加大布線的寬度。

（2）電源線與地線的設置。電源線和地線的布置，將影響信號間的公共組抗干擾。接地是控制干擾的重要方法。接地分為一點接地和多點接地，在低頻電路中，信號工作頻率小于1 MHz，電感影響較小，所以采用一點接地。當信號工作頻率大于10 MHz時，地線阻抗變大，這時就應該降低地線阻抗，所以采用多點接地。當工作頻率為l～10 MHz 時，要考慮地線的長度和波長，當地線的長度不超過波長的1/20時，采用一點接地，否則采用多點接地。地線應該較粗，這樣電子設備的定時信號才會穩定，才不會破壞抗噪聲性能。

（3）器件的布置。器件的布置將影響導線的公共阻抗及空間電磁場的干擾。如若器件布置不當，將引發干擾因素。所以在布置器件時應將輸入輸出端布置在電路板的兩端，并且在輸入輸出端放置緩沖器，這樣可以有效地用于板間信號傳送，有效地防止噪聲干擾。電路中相互關聯的器件應該盡量靠近，縮短導線的長度。工作頻率接近或電平相差大的器件在布置時要盡量相差較遠，以免相互干擾。

3. 在傳播途徑中進行控制。有些干擾不能在干擾源處直接給予消除或抑制，但可以根據其傳播特點，采取各種措施將傳播削弱或者切斷，讓干擾在沒有到達電子電路前就被抑制在傳播的途中。這種方法通常采用地線把數字地與模擬地分離，最后在一點接于電源地；在電源線、電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件；電路板合理分區；單片機和大功率器件的地線要單獨接地,以減小相互干擾；還有一些噪聲干擾，可以通過加入去耦電路來抑制或采取盡可能降低公共阻抗和一點接地的方法來消除公共阻抗耦合，從而使干擾降到最低等。

4. 提高電源系統抗干擾能力。抗干擾的最終目的就是保證電路的工作穩定性和可靠性。所以，抗干擾最直接、有效的方法就是在設計電路時，適當地加入抗干擾的器件或者提高敏感元器件的抗干擾能力。例如在電路中運用濾波器衰減特定頻帶的噪聲，加入屏蔽線可以減小電場耦合噪聲對電路的干擾；采用高穩定度、低輸出阻抗直流電源，以減小電源開啟、切斷時瞬時過電流的沖擊，并縮短瞬時過電流沖擊時間等。

三、結論

總之，電子電路受干擾的途徑及來源很多，而且電子電路可靠性和抗干擾能力涉及許多知識學科，含有很豐富的內容，很難進行全面的討論，而且它也不是單純的理論就能解決的，抗干擾措施是在實踐工作中累積的。并且，電子電路的抗干擾性是在設計、制造、安裝和運行的各個階段都必須重點考慮的工作，只有做到全面顧及，才能保證整個電路系統長期穩定、可靠、安全地運行。