數(shù)字電路抗干擾研究

張艷萍

摘要：數(shù)字電路是用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路，數(shù)字電路廣泛應(yīng)用于電力電子器件中，本文進(jìn)行了數(shù)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(guān)鍵詞：數(shù)字電路抗干擾傳播路徑抗干擾措施

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

作為產(chǎn)生干擾的元件，干擾源通常為繼電器、電機(jī)及高頻時(shí)鐘等設(shè)備，傳播干擾的途徑通常為干擾源所構(gòu)成的整個(gè)通路，主要的傳播媒介是導(dǎo)線及空間輻射。因此，解決數(shù)字電路的干擾問題應(yīng)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(jìn)行防治，本文進(jìn)行了數(shù)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(chǎn)生干擾的器件、設(shè)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(gè)通路，數(shù)字電路典型的干擾傳播路徑是導(dǎo)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(shè)備。

2切斷干擾傳播路徑的方法

根據(jù)干擾途徑的不同，可將干擾分為輻射干擾和傳導(dǎo)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(diǎn)。

（1）近些年來隨著數(shù)字及模擬電子技術(shù)的快速發(fā)展，在當(dāng)前的數(shù)字電路中單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，且由于在數(shù)字電路中電源是必不可少的，其對單片機(jī)的干擾是很大的，在設(shè)計(jì)數(shù)字電路中要充分考慮到這一點(diǎn)，最大程度地減小電源的干擾，這樣整個(gè)數(shù)字電路的性能就會大為提高，同時(shí)也減小了電源對于單片機(jī)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(jī)的I/O接口是采用電機(jī)類外設(shè)備完成數(shù)據(jù)操作的，則此時(shí)在電機(jī)的噪聲源及I/O接口之間應(yīng)該接入隔離器，同時(shí)為了防止I/O端口出現(xiàn)串?dāng)_的危險(xiǎn)，同時(shí)利用門電路、二極管及光耦等方法對其進(jìn)行隔離處理。（3）在單片機(jī)時(shí)鐘電路上接入外接的微調(diào)電容及晶體振蕩器，保證晶體的外殼牢固地接地，在布線時(shí)晶體應(yīng)與單片機(jī)引腳盡可能地靠近。（4）對電路板進(jìn)行合理的分區(qū)，可以根據(jù)強(qiáng)信號和弱信號，或者數(shù)字信號和模擬信號進(jìn)行分類，對各種元器件的處理要合理，同時(shí)可以用地線將模擬區(qū)和數(shù)字區(qū)分開，分別進(jìn)行隔離處理，然后選擇某一點(diǎn)與電源地線進(jìn)行連接，這樣就完成了電路板的合理分區(qū)，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器芯片也是按照這個(gè)原則處理。（5）對于大功率的器件如單片機(jī)等采取獨(dú)立接地的措施，這樣就能減小器件之間的相互干擾，且在數(shù)字電路設(shè)計(jì)整體布局時(shí)大功率的器件要盡量布局在電路板的邊緣。（6）在單片機(jī)的關(guān)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(huán)等增強(qiáng)電路的抗干擾性能。

3提高敏感元件的抗干擾性能

3.1 設(shè)備使用時(shí)的抗干擾措施

選擇設(shè)備：進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計(jì)時(shí)往往是其噪聲的容限越高，則整個(gè)電路傳輸?shù)难訒r(shí)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(yīng)選擇噪聲容限高的設(shè)備，且對負(fù)載也要進(jìn)行一定量的控制，若其所帶的負(fù)載超過了電路設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的額定負(fù)載，則此時(shí)會導(dǎo)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(gè)電路容易受干擾的影響。因此要注意避免出現(xiàn)設(shè)備所帶負(fù)載超出額定負(fù)載的情況，且對于不用的集成電路及控制端應(yīng)保持合適的電平值，減小分布電容干擾的影響。

3.2 電路設(shè)計(jì)時(shí)的杭干擾措施

由于在數(shù)字電路中CMOS及TTL電路轉(zhuǎn)換瞬間也會產(chǎn)生很大的感染，因此對于數(shù)字電路轉(zhuǎn)換所引起的振蕩也應(yīng)采取合適的措施加以抑制，即當(dāng)輸入的波形在電路閥值很小或者變化很小的時(shí)候其會被放大，從而產(chǎn)生了波形較大的振蕩，這種振蕩會引發(fā)下級電路的誤觸發(fā)，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(chǎn)生脈沖作為觸發(fā)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(shí)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(xiàn)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(jìn)行有效的消除毛刺。（2）時(shí)間選通法。采取延遲電路，根據(jù)單相穩(wěn)定或者雙向穩(wěn)定電路結(jié)構(gòu)來完成時(shí)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(jù)同步時(shí)序的方法來消除干擾的，其主要思想是將電路的狀態(tài)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，然后由單個(gè)脈沖產(chǎn)生觸發(fā)，這樣就能避免電路因傳輸延遲所導(dǎo)致的毛刺干擾，同時(shí)采用總線控制的克服方法，在微處理器中使數(shù)據(jù)DB和數(shù)據(jù)DA通過總線驅(qū)動器進(jìn)入數(shù)據(jù)總線，驅(qū)動器分別控制總線信號CA和CB，這樣在邏輯上就會出現(xiàn)切換時(shí)差的現(xiàn)象，可在總線上加裝高電阻進(jìn)行克服，增強(qiáng)總線的抗干擾能力。

3.3 印制板設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾措施

（1）在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中是將地線加粗的方法來降低導(dǎo)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(qiáng)了地線的穩(wěn)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(shí)通過閉環(huán)路提高其抗噪音干擾能力：閉環(huán)路能夠形成穩(wěn)定的傳輸路徑，降低了線路阻抗，從而減小了干擾。注意閉環(huán)路的電阻所包圍的截面積應(yīng)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(gòu)成了獨(dú)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(gè)集成電路進(jìn)行配置，如果某些元件的耗電量較大，則在地線上就會出現(xiàn)較大的電壓，對這個(gè)電壓進(jìn)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(guān)電流降低電阻的壓降。（3）根據(jù)電流的大小合理調(diào)整電源線的布置，盡量增加導(dǎo)線的寬度，統(tǒng)一電源線、地線的數(shù)據(jù)信息傳遞方向，增強(qiáng)抗噪聲能力。

4軟件抗干擾措施

軟件抗干擾措施作為在數(shù)字電路抗干擾的一個(gè)重要方面，是指一個(gè)數(shù)據(jù)在一個(gè)時(shí)間單元內(nèi)進(jìn)行傳送時(shí)將其改為相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行三次傳送，然后對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟灰恢?，則說明存在嚴(yán)重的干擾，此時(shí)需要重新對數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)的措施進(jìn)行抑制，然后在下一周期開始再輸出新的數(shù)據(jù)，在采集模擬信號時(shí)除了使用硬件抗干擾措施外還應(yīng)采用數(shù)字濾波技術(shù)降低瞬變干擾的影響。

5結(jié)語

現(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成的，受到外界及自身干擾的幾率非常大，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)字電路抗干擾研究，采取合理的措施減小數(shù)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(xiàn)

[1] 江國棟.數(shù)字AV產(chǎn)品的抗干擾設(shè)計(jì)[J].電聲技術(shù)，1999.

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