對(duì)數(shù)字電路抗干擾設(shè)計(jì)的探討

朱斌

摘 要：眾所周知，對(duì)數(shù)字電路實(shí)施科學(xué)合理的抗干擾設(shè)計(jì)，能夠顯著減少因彎路過(guò)多造成的時(shí)間損耗，由此極大地提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，在文章的研究過(guò)程中，主要是通過(guò)硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電路抗干擾設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；抗干擾設(shè)計(jì)；研究

1 數(shù)字電路的干擾形成因素

第一，干擾源。這主要指的是能夠帶來(lái)干擾的信號(hào)、元件抑或各種設(shè)備。例如，雷電、繼電器等均能夠被看成是干擾源。第二，傳播路徑。這主要指的是干擾由干擾源傳輸至敏感器件所經(jīng)過(guò)的路徑。例如，在實(shí)際情況中，可以利用導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。第三，敏感器件。指的是易于被進(jìn)行干擾的對(duì)象。例如，A/D變換器、單片機(jī)等。

2 數(shù)字電路設(shè)計(jì)之中的抗干擾對(duì)策

通常來(lái)說(shuō)，防電磁干擾的途徑包含三類，也即屏蔽、濾波和接地。

2.1 接地技術(shù)

通常來(lái)說(shuō)，在強(qiáng)電系統(tǒng)中最早使用接地技術(shù)，基于該技術(shù)能夠保障人身和設(shè)備的安全，也就是說(shuō)，通過(guò)把接地線接到大地上，由于大地電容較大，能夠起到良好的導(dǎo)電性能。隨著研究深入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在弱點(diǎn)系統(tǒng)中也開(kāi)始廣泛使用接地技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，就電力電子設(shè)備而言，能夠把其接地線直接接到大地上，一旦電流通過(guò)該參考電位時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生電壓降，這時(shí)，就會(huì)起到良好的抗干擾性。

2.2 濾波技術(shù)

通常來(lái)說(shuō)，濾波技術(shù)其所起到的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇，二是對(duì)干擾進(jìn)行抑制。據(jù)此根據(jù)濾波器的實(shí)際功能，可以將其劃分成兩類，一是信號(hào)選擇濾波器，二是電磁干擾（EMI）濾波器。

第一，信號(hào)選擇濾波器。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，通過(guò)該裝置能夠最大程度上去除不需要的信號(hào)分量。第二，電磁干擾濾波器。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，通過(guò)該裝置可以有效抑制電磁干擾。一般來(lái)說(shuō)，該裝置又被劃分成多個(gè)類別，例如，信號(hào)線EMI濾波器、電源EMI濾波器等。

2.3 隔離技術(shù)

隔離技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理體現(xiàn)下述幾方面，利用隔離元件將噪聲干擾的路徑切斷，在這種情況下，就能夠?qū)υ肼暩蓴_進(jìn)行抑制。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于相應(yīng)的隔離技術(shù)，使得大部分電路均能夠起到抑制噪聲的結(jié)局，在這種情況下，就能夠顯著提升設(shè)備符合電磁兼容性的各種要求。

第一，電磁隔離。這主要是利用變壓器來(lái)進(jìn)行實(shí)施。也就是說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，基于變壓器傳遞電信號(hào)，在這個(gè)過(guò)程中，阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。第二，光電隔離。這主要是通過(guò)光電耦合器來(lái)進(jìn)行實(shí)施。換句話說(shuō)，通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是利用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的光發(fā)射來(lái)進(jìn)行，再就是，利用光敏半導(dǎo)體的光接收來(lái)進(jìn)行，基于上述裝置，就可以達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。第三，浮地隔離。浮地指的是該電路的地同大地?zé)o電氣連接。利用浮地技術(shù)旨在把電路抑或設(shè)備同公共接地系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)。

3 線路板設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾對(duì)策

3.1 印制電路板布線

眾所周知，印制電路板的重要性不言而喻，通過(guò)該設(shè)置能夠構(gòu)成數(shù)字電子設(shè)備，在這種情況下，為最大程度上保障印制電路板的電磁兼容性，就需要按照下述原則，對(duì)印制電路板布線的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第一，通常來(lái)說(shuō)，可以忽略外部傳導(dǎo)干擾對(duì)電路的影響，再就是，能夠忽略輻射干擾對(duì)電路的影響。第二，印刷線路板上的各部分電路相互之間并不存在著干擾，也就是說(shuō)，均能夠運(yùn)行良好。第三，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要最大程度上降低兩方面的輻射，一是印刷線路板對(duì)外的傳導(dǎo)發(fā)射，再就是輻射發(fā)射。

3.2 合理設(shè)置去耦電容

第一，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果某些原件的抗噪能力比較弱，例如，RAM、ROM存儲(chǔ)器件，這時(shí)，就需要在設(shè)備的芯片電源線與地線之間直接接入去耦電容。第二，電容的引線要保持合適的度，也就是說(shuō)，不能夠特別長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于高頻旁路電容而言，必須保障其不存在著引線。

3.3 特殊器件的處理

第一，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為有效降低噪聲，使得和系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)，這時(shí)，應(yīng)最大程度上選取外時(shí)鐘頻率較低的微控制器。需要說(shuō)明的是，在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，這時(shí)，為徹底解決該問(wèn)題，就需要對(duì)信號(hào)在印制板上的傳輸方式進(jìn)行控制，也就是說(shuō)，其延遲時(shí)間不能夠超過(guò)所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。第二，注意印制電路板同各種元器件的高頻特性。通常來(lái)說(shuō)，電阻對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生的反射，會(huì)對(duì)引線的分布電容起作用，如果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，引線的長(zhǎng)度比較大，其值域大于噪聲頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的1/20，在這種情況下，就會(huì)出現(xiàn)天線效應(yīng)現(xiàn)象。

3.4 元器件的布置

第一，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，部分元器件的體積比較大，且比較容易發(fā)熱，這時(shí)，就不能將其安裝到印刷電路板上，可以通過(guò)安裝到整機(jī)機(jī)箱底板上來(lái)實(shí)施，在這個(gè)過(guò)程中，也要重點(diǎn)考慮設(shè)備如何實(shí)施散熱。第二，對(duì)于能夠進(jìn)行調(diào)制的元器件，例如，電位器、可變電容器等，在進(jìn)行部署的過(guò)程中，必須要考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)布置。在實(shí)際的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況，這時(shí)。應(yīng)把調(diào)制裝置部署到便于調(diào)節(jié)的位置。反之，要控制其部署的位置在同調(diào)節(jié)旋鈕適配的地方。第三，易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。盡量縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。第四，如果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，存在著部分可能有較高電位差的元器件，也有可能是導(dǎo)線，在這種情況下，就需要對(duì)二者之間的距離進(jìn)行擴(kuò)大。這主要是為了避免因出現(xiàn)放電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致意外短路的情況。

4 軟件抗干擾方法

現(xiàn)階段，就軟件抗干擾技術(shù)運(yùn)用而言，主要包含下述幾個(gè)方面。

第一，數(shù)字濾波技術(shù)。也即立足于電磁兼容方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)而對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施干，由此達(dá)到目的。需要說(shuō)明的是，該技術(shù)運(yùn)用使基于硬件措施的失靈條件下，換言之，通過(guò)軟件實(shí)施數(shù)字濾波處理，進(jìn)而消除數(shù)據(jù)中的各種干擾，在這種情況下，能夠最大程度上保障采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。第二，軟件“看門狗”技術(shù)。利用“看門狗”技術(shù)，能夠有效避免干擾信號(hào)進(jìn)入程序，進(jìn)而出現(xiàn)死循環(huán)的情況，一般來(lái)講，該技術(shù)在硬件和軟件中均可以運(yùn)用。看門狗就其本質(zhì)而言，也即通過(guò)定時(shí)器，來(lái)對(duì)主程序的運(yùn)行過(guò)程實(shí)施計(jì)時(shí)監(jiān)控，一旦到規(guī)定時(shí)間仍舊無(wú)法復(fù)位定時(shí)器，這時(shí)，會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)情況，基于看門狗技術(shù)，會(huì)自動(dòng)使單片機(jī)恢復(fù)原位。第三，軟件攔截技術(shù)。通常來(lái)說(shuō)，如果干擾作用在微控制器的CPU部位，這時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)的完全失靈。例如，直接破壞程序中的計(jì)數(shù)器PC狀態(tài)，造成程序出現(xiàn)“死循環(huán)”、“亂飛”等情況。基于此，在對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，利用軟件攔截技術(shù)，就能夠完全避免上述情況的發(fā)生，進(jìn)而保障運(yùn)行程序恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)，在文章的研究過(guò)程中，主要是通過(guò)硬件和軟件兩方面來(lái)進(jìn)行，通過(guò)二者的有機(jī)結(jié)合來(lái)加以完善，尤其是軟件方面，更是要重點(diǎn)關(guān)注，使其便于控制。需要說(shuō)明的是，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能僅僅考慮單個(gè)影響因素，要考慮多方面因素，也就是說(shuō)，對(duì)硬件設(shè)計(jì)要提高標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，加大應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，由此在保證實(shí)時(shí)性、控制精度和控制功能前提下，顯著提升系統(tǒng)的抗干擾性能。

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