數字電路抗干擾研究

張艷萍

摘要：數字電路是用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路，數字電路廣泛應用于電力電子器件中，本文進行了數字電路的抗干擾研究，分析了干擾的基本要素，提出了切斷干擾傳播路徑的方法及軟件抗干擾措施。

關鍵詞：數字電路抗干擾傳播路徑抗干擾措施

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0022-01

作為產生干擾的元件，干擾源通常為繼電器、電機及高頻時鐘等設備，傳播干擾的途徑通常為干擾源所構成的整個通路，主要的傳播媒介是導線及空間輻射。因此，解決數字電路的干擾問題應從干擾源、傳播路徑及傳播媒介三方面入手，采取綜合措施進行防治，本文進行了數字電路抗干擾研究。

1形成干擾的基本要素

（1）干擾源，干擾源通常是指那些能夠產生干擾的器件、設備或輸入信號等。（2）傳播路徑，傳播路徑通常是指干擾傳播至敏感元件的整個通路，數字電路典型的干擾傳播路徑是導線和空間輻射。（3）敏感器件，敏感元件通常是指比較容易受干擾影響正常工作的器件和設備。

2切斷干擾傳播路徑的方法

根據干擾途徑的不同，可將干擾分為輻射干擾和傳導干擾兩種，常用的切除干擾傳播過程中途徑的方法有以下幾點。

（1）近些年來隨著數字及模擬電子技術的快速發展，在當前的數字電路中單片機的應用越來越廣泛，且由于在數字電路中電源是必不可少的，其對單片機的干擾是很大的，在設計數字電路中要充分考慮到這一點，最大程度地減小電源的干擾，這樣整個數字電路的性能就會大為提高，同時也減小了電源對于單片機的影響，最常用的方法是使用二階的濾波電路。（2）如果單片機的I/O接口是采用電機類外設備完成數據操作的，則此時在電機的噪聲源及I/O接口之間應該接入隔離器，同時為了防止I/O端口出現串擾的危險，同時利用門電路、二極管及光耦等方法對其進行隔離處理。（3）在單片機時鐘電路上接入外接的微調電容及晶體振蕩器，保證晶體的外殼牢固地接地，在布線時晶體應與單片機引腳盡可能地靠近。（4）對電路板進行合理的分區，可以根據強信號和弱信號，或者數字信號和模擬信號進行分類，對各種元器件的處理要合理，同時可以用地線將模擬區和數字區分開，分別進行隔離處理，然后選擇某一點與電源地線進行連接，這樣就完成了電路板的合理分區，A/D和D/A轉換器芯片也是按照這個原則處理。（5）對于大功率的器件如單片機等采取獨立接地的措施，這樣就能減小器件之間的相互干擾，且在數字電路設計整體布局時大功率的器件要盡量布局在電路板的邊緣。（6）在單片機的關鍵部位，如電源線與電路板的連接處要使用抗干擾器件，如電源濾波器、磁環等增強電路的抗干擾性能。

3提高敏感元件的抗干擾性能

3.1 設備使用時的抗干擾措施

選擇設備：進行數字電路的設計時往往是其噪聲的容限越高，則整個電路傳輸的延時越大，抗干擾性能就會越好，這就是CMOS比TTL集成電路抗干擾性能好的原因所在，因此應選擇噪聲容限高的設備，且對負載也要進行一定量的控制，若其所帶的負載超過了電路設計時規定的額定負載，則此時會導致電路的低電平值升高、高電平值降低，從而降低了電路的噪聲容限，使整個電路容易受干擾的影響。因此要注意避免出現設備所帶負載超出額定負載的情況，且對于不用的集成電路及控制端應保持合適的電平值，減小分布電容干擾的影響。

3.2 電路設計時的杭干擾措施

由于在數字電路中CMOS及TTL電路轉換瞬間也會產生很大的感染，因此對于數字電路轉換所引起的振蕩也應采取合適的措施加以抑制，即當輸入的波形在電路閥值很小或者變化很小的時候其會被放大，從而產生了波形較大的振蕩，這種振蕩會引發下級電路的誤觸發，可以采取兩種方法抑制這種干擾，即對輸入波形采取較長的信號值和盡量避免微分電路產生脈沖作為觸發信號。對于電路延遲不同所引起的毛刺也要采取一定的措施加以消除，可利用濾波電路及時間選通電路的方法對干擾加以治理。

（1）濾波法。若毛刺干擾源出現的頻率很高，則其脈寬將比普通的脈寬信號窄許多，因此可以利用RC積分電路進行有效的消除毛刺。（2）時間選通法。采取延遲電路，根據單相穩定或者雙向穩定電路結構來完成時間選通電路，抽樣輸入有用波形來消除毛刺的干擾。（3）同步控制法。同步控制法是根據同步時序的方法來消除干擾的，其主要思想是將電路的狀態進行翻轉，然后由單個脈沖產生觸發，這樣就能避免電路因傳輸延遲所導致的毛刺干擾，同時采用總線控制的克服方法，在微處理器中使數據DB和數據DA通過總線驅動器進入數據總線，驅動器分別控制總線信號CA和CB，這樣在邏輯上就會出現切換時差的現象，可在總線上加裝高電阻進行克服，增強總線的抗干擾能力。

3.3 印制板設計時的抗干擾措施

（1）在數字電路設計中是將地線加粗的方法來降低導線電阻的，這樣使它能高于印制板的允許電路的3.5倍，增強了地線的穩定性，在條件允許的情況下可將地線的寬度拓寬為2～3m，同時通過閉環路提高其抗噪音干擾能力：閉環路能夠形成穩定的傳輸路徑，降低了線路阻抗，從而減小了干擾。注意閉環路的電阻所包圍的截面積應該越小越好，如果同一印刷版具有不同的電路存在，則可將具有同一功能的電路集中于接地線上，從而構成了獨立的回路，也可以使接地線電流從不同的單元回路中流出，從而減輕了對其他單元回路的干擾。（2）在電容印制板上將多個集成電路進行配置，如果某些元件的耗電量較大，則在地線上就會出現較大的電壓，對這個電壓進行印制的主要方法是在各集成器件中接入電容，利用短開關電流降低電阻的壓降。（3）根據電流的大小合理調整電源線的布置，盡量增加導線的寬度，統一電源線、地線的數據信息傳遞方向，增強抗噪聲能力。

4軟件抗干擾措施

軟件抗干擾措施作為在數字電路抗干擾的一個重要方面，是指一個數據在一個時間單元內進行傳送時將其改為相同的數據進行三次傳送，然后對所傳輸的數據進行比較，若數據傳輸的不一致，則說明存在嚴重的干擾，此時需要重新對數據進行輸入，并分析傳輸過程中可能存在的主要干擾源，采取相關的措施進行抑制，然后在下一周期開始再輸出新的數據，在采集模擬信號時除了使用硬件抗干擾措施外還應采用數字濾波技術降低瞬變干擾的影響。

5結語

現代的數字電路由半導體工藝制成的若干數字集成器件構造而成的，受到外界及自身干擾的幾率非常大，應加強數字電路抗干擾研究，采取合理的措施減小數字電路干擾的影響，保證電力電子器件可靠的工作。

參考文獻

[1] 江國棟.數字AV產品的抗干擾設計[J].電聲技術，1999.

[2] 劉傳清，等.高速數字系統的電路布局與抗干擾技術[J].電測與儀表，1999.