淺析現(xiàn)代電子系統(tǒng)抗干擾問題

張華杰

摘 要：電子系統(tǒng)的干擾是現(xiàn)代電子系統(tǒng)領(lǐng)域難以避免的問題，文章針對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，論述電子系統(tǒng)的主要干擾問題。為降低干擾給電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來的危害，從硬件角度對(duì)解決這些干擾的技術(shù)措施進(jìn)行了介紹。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用這些措施，能夠使電子系統(tǒng)的抗干擾能力進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)；抗干擾；電磁干擾；靜電

1 引言

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，電子信息行業(yè)得到迅猛發(fā)展，電子系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出快速化、高集成度的發(fā)展現(xiàn)象；現(xiàn)代電子系統(tǒng)具有傳統(tǒng)電子系統(tǒng)所沒有的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：功能完善、程度高、強(qiáng)弱電結(jié)合、數(shù)字與模擬信號(hào)結(jié)合的特點(diǎn)。電子系統(tǒng)的這些新特性，使得其內(nèi)部復(fù)雜的電路之間， 集成芯片之間的干擾加重；此外，由于電子系統(tǒng)往往處在較為惡劣的電磁環(huán)境中， 受到嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致其輸出結(jié)果與輸入指令相脫離，與預(yù)計(jì)的結(jié)果不一致，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障與發(fā)生不可預(yù)測的事故。因此，認(rèn)真分析現(xiàn)代電子系統(tǒng)的各種干擾，不斷探究有效的抗干擾技術(shù)就顯得非常有必要。

2 現(xiàn)代電子系統(tǒng)的干擾分類

空間干擾。這類干擾主要指的是由于電磁場在電子線路、殼體表面、導(dǎo)體輻射而引起的調(diào)制與噪聲吸收。系統(tǒng)本身是其主要來源，由于電子系統(tǒng)會(huì)接收外界的干擾，因此也能對(duì)系統(tǒng)外產(chǎn)生空間干擾。一般而言，通道干擾與供電系統(tǒng)干擾的強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于空間干擾的強(qiáng)度，而且空間干擾能夠通過良好的屏蔽、正確的接地以及良好的布局設(shè)計(jì)進(jìn)行解決。

過程通道的干擾。這種干擾主要指的是電子系統(tǒng)利用后向、前向及相互通道之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂健ｉL線傳輸是過程通道產(chǎn)生干擾的主要原因，當(dāng)傳輸信息為脈沖波時(shí)，這種干擾就會(huì)尤為明顯，衰減、時(shí)延、畸變及通道干擾耦合都會(huì)在傳輸過程中出現(xiàn)，同時(shí)還會(huì)受到空間電磁場的干擾。為了提高長線傳輸?shù)目煽啃?，采用光同軸電纜傳輸、電耦合隔離、阻抗匹配、屏蔽、雙絞線傳輸?shù)确椒ń鉀Q這類干擾問題。

靜電放電（ ESD） 干擾。主要指靜電放電對(duì)電子系統(tǒng)的輻射及干擾，在靜電放電過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁脈沖，使電子系統(tǒng)中的敏感器件工作狀態(tài)發(fā)生改變或者造成其損壞而無法正常工作。除了傳導(dǎo)耦合，輻射耦合也是ESD對(duì)電子系統(tǒng)的耦合途徑，而且輻射耦合是ESD干擾現(xiàn)代電子系統(tǒng)中元器件非常普遍的方式。

供電系統(tǒng)的干擾。電子系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的便是這類干擾。由于任何電源和導(dǎo)線都有內(nèi)部阻抗，外界的干擾信號(hào)通過電源對(duì)電子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。對(duì)濾波、穩(wěn)壓、隔離等措施的研究日益深入，其目的是為了解決供電系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的問題。

雷電電磁干擾。這類干擾主要源于雷電傳播以及雷電電磁感應(yīng)。大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的空間懸浮物在云體內(nèi)形成電荷的積累，當(dāng)電場強(qiáng)度超過25～ 30 kV/ cm 時(shí)， 會(huì)擊穿空氣產(chǎn)生雷電。在閃電過程中， 伴隨強(qiáng)大的瞬時(shí)電流，釋放巨大能量，閃擊通道短時(shí)間內(nèi)急劇升溫，強(qiáng)大的瞬間電流會(huì)在周圍形成非常大的瞬變電磁場。雷電電磁干擾的破壞性最大，往往造成設(shè)備介電常數(shù)下降，保護(hù)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)誤動(dòng)作，電子元器件損壞，甚至停機(jī)停產(chǎn)。

3 抗干擾技術(shù)的研究

電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，因此，產(chǎn)生了各種形式的電磁干擾，并且干擾不能夠被完全消除，但可以參考電磁兼容原理，采取多種方法，將電磁干擾的影響控制在一定的范圍內(nèi)，確保電子系統(tǒng)的兼容性。

其中，抑制電磁干擾的最常用的措施便是屏蔽技術(shù)，其主要是根據(jù)金屬隔離原理來控制某一區(qū)域的電磁場對(duì)另一區(qū)域電磁場的干擾。包含兩層內(nèi)容：①將電路、接收設(shè)備、系統(tǒng)用屏蔽體包圍起來，使其不受外界電磁干擾的影響。②把電路或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源用屏蔽體包圍起來，使得電磁干擾無法向外擴(kuò)散。按照產(chǎn)生原理可以把屏蔽劃分為三種方式，分別是：磁場屏蔽、電磁場屏蔽、電場屏蔽。

對(duì)高頻及低頻磁場的屏蔽采用的屏蔽技術(shù)是磁場屏蔽。高頻磁場的屏蔽材料采用低電阻率的良導(dǎo)體，使得高頻磁場在屏蔽體中產(chǎn)生渦流，其所形成的磁場與外界磁場相互抵消，進(jìn)而達(dá)到屏蔽的效果。低頻磁場屏蔽根據(jù)鐵磁性材料的高導(dǎo)磁率對(duì)干擾磁場進(jìn)行分路，使得通過空氣的磁通量大幅度減少，從而降低干擾源帶來的影響，取得磁場屏蔽的效果。

接縫處理和通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)。由于屏蔽體維修、制造、散熱等要求，上面都有形狀不同、尺寸各異的孔縫，對(duì)屏蔽作用有重要的影響，必須采取適當(dāng)措施抑制泄漏電磁。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)磁電泄漏的影響因素，必須及時(shí)加以抑制。磁電泄漏抑制主要?jiǎng)澐譃椋和L(fēng)孔上電磁泄漏抑制與裝配面接縫泄漏抑制。主要設(shè)計(jì)策略包含以下幾點(diǎn)：①使得大面積通風(fēng)孔上覆蓋金屬絲網(wǎng)，能夠有效的防止電磁泄漏。金屬絲網(wǎng)結(jié)費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡單、通風(fēng)量比較大，其屏蔽性能與網(wǎng)孔疏密程度、導(dǎo)電率、網(wǎng)絲交點(diǎn)處的焊接質(zhì)量有關(guān)；②在滿足屏蔽體通風(fēng)量要求的條件下，根據(jù)小孔代替大孔的原理，采用穿孔金屬板；③采用截止波導(dǎo)通風(fēng)孔陣，波導(dǎo)對(duì)在其內(nèi)傳播的電磁波具有高通濾波器的作用，即高于其截止頻率的電磁波才可以通過；④加寬金屬之間的搭接面，裝配面處加入電磁密封襯墊，使其縫隙深度增加。

切斷電源干擾。電源帶入的干擾對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)的危害最大。低通濾波、交流穩(wěn)壓、隔離變壓、直流穩(wěn)壓等是目前在電源中所采取的主要的抗干擾技術(shù)。

切斷過程通道干擾。過程通道抗干擾技術(shù)主要包括以下幾種：①模擬接地與數(shù)字接地分開，避免公共地阻抗對(duì)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的耦合作用；②通過各類隔離放大器隔離模擬信號(hào)，采用光電耦合隔離器隔離數(shù)字信號(hào)，特別是用于不同接地電位的系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸；③用電流傳輸代替電壓傳輸，雖然干擾噪聲電壓幅度較大，但其能量很小，只能形成微弱的電流，容易被抑制。

抑制空間干擾技術(shù)措施。主要包括：加大元器件間及導(dǎo)線間隔；開關(guān)功率源遠(yuǎn)離敏感部件；長線傳輸時(shí)使用同軸電纜或屏蔽線；接地屏蔽且使用金屬機(jī)殼。

印刷電路板抗干擾技術(shù)。地線設(shè)計(jì)使得大部分的干擾問題能夠得到解決。設(shè)計(jì)電路板時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)技術(shù)問題，分別為： ①多點(diǎn)接地及單點(diǎn)接地的選擇。高頻電路中， 地線阻抗比較大，采用多點(diǎn)接地法，能夠降低地線阻抗；低頻電路中，元器件與導(dǎo)線間的感應(yīng)比較小，接地電路的環(huán)流干擾對(duì)系統(tǒng)影響較大， 因而采用單點(diǎn)接地。②接地線應(yīng)盡可能加粗，使地線電阻減小，使因公共阻抗耦合干擾減小。③模擬信號(hào)地和數(shù)字信號(hào)地分開連接。④把數(shù)字地做成閉合的網(wǎng)格，使得元器件的地線電位差降低，提高抗干擾的能力。

電源線的布置。依據(jù)電流大小盡量增大線條的寬度；電源線高頻阻抗小，與邏輯信號(hào)線平行布線，以起到與地線相似的隔離作用，使電源線遠(yuǎn)離敏感信號(hào)線，減少干擾。

接地防雷保護(hù)。接地網(wǎng)設(shè)計(jì)遵循的原則： ①盡量采用建筑地基鋼筋以及自然金屬物作為接地網(wǎng)；②以自然接地物為基礎(chǔ)，以人工接地物作補(bǔ)充；③電子系統(tǒng)接地通常采用單點(diǎn)接地，如果系統(tǒng)復(fù)雜可采用多點(diǎn)混合接地。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代電子系統(tǒng)中抗干擾問題除上述外，應(yīng)有不少?zèng)]遇過的，需要在不斷實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)抗干擾技術(shù)不斷的提高。硬件結(jié)構(gòu)是電子系統(tǒng)抗干擾性能的根本，軟件抗干擾只是補(bǔ)充。因此，硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能完善。功能的實(shí)現(xiàn)要考慮硬件受到干擾時(shí)的失效情況，在保證控制功能、實(shí)時(shí)性與控制精度的前提下，應(yīng)盡可能提高系統(tǒng)的抗干擾性能。

參考文獻(xiàn)

[1]周佩白，魯君偉，傅正財(cái)，等.電磁兼容問題的計(jì)算機(jī)模擬與

仿真技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.5

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T21431）2008建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]馮力.電磁干擾及其抑制技術(shù)[J].電子質(zhì)量，2003

[4]孫可平.電磁兼容與抗干擾技術(shù)[M].大連海事學(xué)院出版社，2006.endprint