數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的抗干擾技術(shù)研究

謝奕釗

摘要：隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展，數(shù)字電路設(shè)計(jì)受到了越來越多的重視，而數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，就不得不考慮到干擾項(xiàng)目。對(duì)防干擾技術(shù)進(jìn)行研究，能夠最大化降低干擾，保證數(shù)字電路的正常運(yùn)行。文章主要對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中形成干擾的主要因素進(jìn)行分析，并提出了數(shù)字電路設(shè)計(jì)中抗干擾的主要方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；抗干擾技術(shù)；主要因素；主要方法

數(shù)字電路的開發(fā)過程中必定會(huì)接觸到各式各樣的干擾因素，其中主要是受到硬件干擾。因此，在解決方法上主要采用的是抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑并提高敏感器件的抗干擾能力，使用軟件降低對(duì)數(shù)字電路的干擾，對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行一定的補(bǔ)救，從而使得數(shù)字電路能夠正常運(yùn)行，推動(dòng)數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。

1數(shù)字電路設(shè)計(jì)中形成干擾的主要因素分析

在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，形成干擾的主要因素有3個(gè)：干擾源、傳播路徑和敏感器件。干擾源是指在電路中確定會(huì)產(chǎn)生一定干擾的元件、設(shè)備或者是信號(hào)。在實(shí)際操作過程中，雷電、電機(jī)和繼電器等都可能成為干擾源，對(duì)電路形成巨大的干擾，并且在某些數(shù)字電路中是無法被去掉的。傳播路徑干擾是指在干擾源傳播到敏感器件的通路或者是媒介遭到一定的干擾。傳播路徑的干擾通常難以控制，干擾性會(huì)隨著傳播路徑的增加而有所增加。在實(shí)際操作過程中，空間的輻射、信號(hào)線等都會(huì)干擾傳播路徑。敏感器件是指某些容易被干擾的對(duì)象，包括單個(gè)設(shè)備或者分系統(tǒng)等，為了功能的需要，某些敏感器件的干擾是不可去除的。在實(shí)際操作過程中，主要指信號(hào)放大器、數(shù)字IC等。

2數(shù)字電路設(shè)計(jì)中抗干擾的主要方法分析

在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中使用的抗干擾技術(shù)主要是抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑并提高敏感器件的抗干擾能力等方法。同時(shí)，在某些硬件設(shè)施難以達(dá)到的時(shí)候采用軟件方法進(jìn)行數(shù)字電路防干擾，最大化地減少干擾項(xiàng)目對(duì)數(shù)字電路的干擾，保證數(shù)字電路在使用過程中的安全，確保數(shù)字電路的正常運(yùn)行。

2.1對(duì)干擾源進(jìn)行主動(dòng)抑制

抑制干擾源是抗干擾技術(shù)的主要方針，通過盡可能地減小干擾源受到的干擾，實(shí)現(xiàn)抑制干擾的作用。對(duì)干擾源進(jìn)行主動(dòng)抑制，主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容和在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管。首先，為繼電器線圈增加續(xù)流二極管，通過增加續(xù)流二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的消除作用。其次，為續(xù)電器接點(diǎn)兩端進(jìn)行火花抑制電路的連接，以減小電火花對(duì)電路的影響。第三，為電機(jī)增加濾波電路，盡量使用減小引線的長(zhǎng)度，增加電機(jī)的防干擾能力。第四，為電路板上的IC均接上一個(gè)高頻電容，減小IC對(duì)電源的影響。同時(shí)，在布線過程中，同樣要遵從使用較短引線的原則，以改善使用情況。第五，在實(shí)際布線過程中，應(yīng)盡量采用直線布線，避免使用接近90度的折線。第六，為可控硅接上抑制電路，在防護(hù)可控硅的同時(shí)減小噪音干擾，對(duì)干擾源進(jìn)行控制。

2.2對(duì)干擾傳播路徑進(jìn)行選擇性切斷

傳播路徑型干擾主要分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾就是指在數(shù)字電路中通過導(dǎo)線傳播到敏感器件時(shí)的干擾，主要辨別方式是通過導(dǎo)線。輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件時(shí)的干擾，主要辨別方式是通過空間輻射。2種干擾方式不同，但是對(duì)數(shù)字電路的干擾影響效果都相對(duì)較大。對(duì)于傳播路徑干擾，主要采用切斷和隔離的方式進(jìn)行控制。首先，考慮到電源對(duì)單片機(jī)的影響。一方面，要使用效用比較良好的電源，能夠在很大程度上解決干擾問題。另一方面，可以給電源增加濾波電路，最大限度地減小電源的影響。其次，在單片機(jī)的選擇上要選取干擾較小的接口，并注意做好隔離。第三，晶振和單片機(jī)之間的距離要盡量減小，通過良好的布線減小傳播路徑的干擾。第四，要注重對(duì)電路板進(jìn)行合理的分區(qū)管理。在分區(qū)管理時(shí)應(yīng)該盡量將干擾源和敏感器件分隔并達(dá)到一定的距離，保證整個(gè)電路系統(tǒng)的穩(wěn)定。第五，將數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)相隔離。在實(shí)際操作過程中，一定要注意使用地線將2個(gè)分區(qū)進(jìn)行隔離，減小干擾。第六，大功率器件要使用獨(dú)立地線。對(duì)于功率較大的地線通過單獨(dú)接地，減小干擾。第七，在關(guān)鍵的接口要使用類似磁珠和濾波電路等必要的抗干擾器件。

2.3充分提高敏感器件的抗干擾能力

除了對(duì)干擾源進(jìn)行主動(dòng)抑制和對(duì)干擾傳播路徑進(jìn)行選擇性切斷，還要充分提高敏感器件的抗干擾能力，從敏感器件方面盡量減小敏感器件對(duì)整個(gè)數(shù)字電路的干擾。第一，在布線的時(shí)候要盡量避免大面積進(jìn)行回路環(huán)設(shè)計(jì)，通過縮短其面積來降低干擾。第二，在實(shí)際布線過程中，在電源線和地線的選取上以粗短為優(yōu)，盡量降低干擾。第三，單片機(jī)中閑置的接口要在不改變系統(tǒng)邏輯的前提下做好接地或接電處理，盡可能避免懸空造成的干擾。第四，要使用好監(jiān)控系統(tǒng)，保證單片機(jī)處于良好的工作狀態(tài)。第五，盡量選取低速的數(shù)字電路，但是要保證速度能夠滿足實(shí)際工作中的要求，確保實(shí)際工作的可行性。第六，IC器件應(yīng)該盡量直接進(jìn)行焊接工作，盡量避免選用某些連接插座，從而減少干擾，保障數(shù)字電路的實(shí)際可行性。

2.4使用軟件降低干擾

除了在硬件方面采取措施降低干擾，在抗干擾技術(shù)的使用上還要注重從軟件方面出發(fā)，比如利用數(shù)字濾波技術(shù)、輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)、輸出端口數(shù)據(jù)刷新技術(shù)、軟件攔截技術(shù)以及“看門狗”技術(shù)來降低干擾。

數(shù)字濾波技術(shù)是指在軟件中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行電磁兼容消除干擾的處理。一般來說，除了在硬件中對(duì)信號(hào)采取抗干擾措施之外，還要在軟件中進(jìn)行數(shù)字濾波的處理，以進(jìn)一步消除附加在數(shù)據(jù)中的各式各樣的干擾，使采集到的數(shù)據(jù)能夠真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)的工藝實(shí)際情況。數(shù)字濾波技術(shù)相對(duì)來說算法靈活，效果良好。

輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)是指在輸入信號(hào)過程中存在著輸入干擾而又難以使用硬件進(jìn)行抑制時(shí)，采用軟件重復(fù)檢測(cè)技術(shù)，從而最大限度地減少干擾。在重復(fù)檢測(cè)過程中，如果信號(hào)一直變化不定，在達(dá)到一定程度時(shí)，可以給出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。輸出端口數(shù)據(jù)刷新技術(shù)也是采用重復(fù)輸出的方式降低數(shù)據(jù)干擾。通過數(shù)據(jù)的重復(fù)輸出，從而使得正確信息能夠在不斷傳輸中跳過干擾。

軟件攔截技術(shù)通過對(duì)程序運(yùn)行過程中的“亂飛”現(xiàn)象進(jìn)行攔截，使得程序擺脫軟件程序的“死循環(huán)”，最終使得運(yùn)行通過正常程序進(jìn)行，保證了程序的有效性和穩(wěn)定性。

“看門狗”技術(shù)是數(shù)字電路中的重要抗干擾技術(shù)。由于軟件攔截技術(shù)存在一定的局限性，對(duì)某些難以控制的程序“亂飛”現(xiàn)象無法正確地?cái)r截，程序也就難以擺脫“死循環(huán)”。而通過“看門狗”，能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行良好的監(jiān)控。當(dāng)程序受到干擾發(fā)生混亂時(shí)，由于程序邏輯已經(jīng)受到了破壞，程序在混亂的情況下無法對(duì)“看門狗”進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而導(dǎo)致看門狗定時(shí)溢出，導(dǎo)致系統(tǒng)重新運(yùn)行，擺脫癱瘓狀態(tài)，保持良好的系統(tǒng)運(yùn)行。

3結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)和科技的飛速發(fā)展，在通信、信息處理上更多地采用處理速度快、處理效果佳的數(shù)字電路。但是在數(shù)字電路的使用過程中，經(jīng)常會(huì)受到來自各種干擾項(xiàng)的干擾，從而影響著數(shù)字電路的正常使用。因此，在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程中，一定要對(duì)數(shù)字電路的干擾項(xiàng)進(jìn)行仔細(xì)研究，通過對(duì)干擾源進(jìn)行主動(dòng)抑制，對(duì)干擾傳播路徑進(jìn)行選擇性切斷，充分提高敏感器件的抗干擾能力，并在某些硬件措施難以進(jìn)行干擾控制的時(shí)候使用軟件降低干擾，從而避免數(shù)字電路設(shè)計(jì)中受到干擾，推動(dòng)數(shù)字電路的進(jìn)一步發(fā)展。