數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的抗干擾技術(shù)措施研究

文｜何宏玉

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和科技實(shí)力的不斷發(fā)展，數(shù)字電路已經(jīng)在諸多場(chǎng)景中得到了廣泛應(yīng)用。其中數(shù)字通信技術(shù)作為一類(lèi)重要應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)抗干擾能力具有較高要求，亟需在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中不斷提高抗干擾能力，提升數(shù)字通信技術(shù)效能。本文針對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中所涉及的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了分析，可為相關(guān)研究人員提供有效參考。

一、數(shù)字電路設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的干擾因素分析

（一）干擾源

只要能夠?qū)?shù)字電路信號(hào)的正常傳輸造成影響的信號(hào)源，都屬于干擾源。數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，常要加以防護(hù)措施的干擾源主要包括雷電、磁場(chǎng)、繼電器等。其中，雷電對(duì)于數(shù)字電路的主要干擾方式為損壞數(shù)字電路和電氣設(shè)備。在雷電與數(shù)字電路發(fā)生接觸的瞬間，由于雷電中蘊(yùn)含巨大的電流。而巨大電流所導(dǎo)致的熱效應(yīng)和機(jī)械力作用，會(huì)對(duì)數(shù)字電路有關(guān)設(shè)備造成巨大沖擊，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)字電路受損失效。由于干擾源對(duì)數(shù)字電路的危害和影響非常大，因此針對(duì)該類(lèi)干擾源需要制定專(zhuān)門(mén)的預(yù)防和保護(hù)措施。除雷電外，一些設(shè)備所產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)數(shù)字電路造成一定程度干擾——只要能夠產(chǎn)生電荷、形成電信號(hào)的物質(zhì)都有可能成為數(shù)字電路設(shè)計(jì)的干擾源。因此在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)可能的各類(lèi)干擾源，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的防護(hù)措施，對(duì)數(shù)字電路及其附屬設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

（二）信號(hào)傳播途徑

數(shù)字電路的信號(hào)傳播途徑也會(huì)對(duì)數(shù)字電路自身造成干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字電路的信號(hào)在實(shí)際傳輸過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)受損、丟失等現(xiàn)象，造成信號(hào)失真，而引發(fā)此類(lèi)失真現(xiàn)象的主要原因都是由于數(shù)字信號(hào)的傳播途徑對(duì)數(shù)字電路造成一定的干擾，當(dāng)信號(hào)在傳播途徑中傳輸時(shí)就會(huì)受到干擾導(dǎo)致質(zhì)量受損。通常數(shù)字電路的傳播途徑越長(zhǎng)，受到干擾現(xiàn)象的概率也會(huì)越高。數(shù)字電路在實(shí)際傳輸信號(hào)時(shí)將傳播路徑暴露在空氣中，而空氣中存在的大量物質(zhì)都有可能成為干擾因素，從而對(duì)信號(hào)傳播造成干擾，因此信號(hào)傳播途徑對(duì)于數(shù)字信號(hào)造成的干擾現(xiàn)象非常嚴(yán)重，需要技術(shù)人員針對(duì)信號(hào)傳播途徑加以防護(hù)。

（三）敏感元件

敏感元件是數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的必需品，很多元件對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)和使用起到非常重要的影響。而數(shù)字電路中的敏感元件在實(shí)際使用中具有比較強(qiáng)的敏感性，例如常見(jiàn)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微控制器設(shè)備等都屬于敏感元件。而當(dāng)敏感元件受到影響時(shí)就會(huì)出現(xiàn)自身性能不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而對(duì)數(shù)字電路的整體穩(wěn)定性造成巨大影響，導(dǎo)致數(shù)字電路受到干擾。因此針對(duì)敏感元件需要技術(shù)人員加以把控。目前我國(guó)市場(chǎng)環(huán)境中針對(duì)數(shù)字電路的敏感元件，通常技術(shù)人員都會(huì)使用特殊涂層來(lái)隔離敏感元件，以此來(lái)確保敏感元件在實(shí)際使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。

二、數(shù)字電路干擾的危害

隨著全球科技水平的不斷提升，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備被運(yùn)用到人類(lèi)的日常生活中，而大量的儀器設(shè)備使用的都是數(shù)字電路作為運(yùn)行基礎(chǔ)，如果數(shù)字電路受到干擾就會(huì)對(duì)使用者自身造成一定的損害。例如在數(shù)字電路受到干擾時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電磁波，而電磁波干擾對(duì)于人體會(huì)造成一定的損傷，如果沒(méi)有及時(shí)處理、始終處于被損傷狀態(tài)下就會(huì)影響人體的自身身體健康，導(dǎo)致人體自身原有的電磁場(chǎng)受到破壞，進(jìn)而對(duì)人體各個(gè)器官的機(jī)能造成影響。除此之外數(shù)字電路受到干擾時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)于電氣設(shè)備也會(huì)造成一定的損壞，容易導(dǎo)致電氣設(shè)備質(zhì)量受損、無(wú)法正常使用。因此數(shù)字電路的干擾問(wèn)題需要加以重視和研究，對(duì)所有可能造成干擾的因素進(jìn)行全面處理和排查。

三、數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的硬件抗干擾技術(shù)

（一）避雷接地技術(shù)

避雷接地技術(shù)是主要針對(duì)數(shù)字電路在實(shí)際使用中存在的雷電干擾源進(jìn)行預(yù)防和處理，是防雷接地施工中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。避雷接地裝置的質(zhì)量、安裝效果都和整體防雷接地施工的效果息息相關(guān)。通常在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中避雷接地技術(shù)的接地方法都是共同接地，但如果在實(shí)際操作中出現(xiàn)突發(fā)情況則要及時(shí)更改為人工接地的方法。將數(shù)字電路中的設(shè)備外殼與大地相連，以此來(lái)將可能產(chǎn)生的雷電通過(guò)大地進(jìn)行傳播，減少數(shù)字電路中電荷的實(shí)際積累量，以此來(lái)減少電荷對(duì)數(shù)字電路造成的干擾現(xiàn)象。目前我國(guó)很多電氣設(shè)備在實(shí)際安裝中都使用避雷針作為防雷措施，接閃器設(shè)備就是傳統(tǒng)意義上的避雷設(shè)備，人們口中常說(shuō)的“避雷針”就屬于接閃器的一種。接閃器設(shè)備通常安裝在屋頂?shù)谋Ｗo(hù)層之中，將避雷網(wǎng)與防雷引下線連接好，接閃器能夠?qū)a(chǎn)生的大量電荷直接通過(guò)轉(zhuǎn)移的方式進(jìn)行輸送，以此來(lái)減少電荷對(duì)電氣設(shè)備造成的損害，能夠有效減少實(shí)際干擾概率的產(chǎn)生。

（二）布線技術(shù)

布線技術(shù)是有效針對(duì)數(shù)字電路中敏感元件的抗干擾技術(shù)之一。由于數(shù)字電路設(shè)計(jì)中使用的敏感元件數(shù)量比較多，因此針對(duì)敏感元件的布線需要技術(shù)人員加以把控，通過(guò)合理布線的方式來(lái)減少不同敏感元件之間互相造成的干擾和影響，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)抗干擾效果。針對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)圖需要技術(shù)人員加以審查和分析，對(duì)其中使用的所有敏感元件進(jìn)行標(biāo)注，并根據(jù)不同敏感元件的具體位置制定科學(xué)、合理的布線方案，在確保布線能夠滿足數(shù)字電路設(shè)計(jì)正常使用的前提下，盡可能減少不同敏感元件之間產(chǎn)生電磁干擾的可能性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的抗干擾處理。同時(shí)針對(duì)敏感元件自身存在的電磁干擾問(wèn)題，技術(shù)人員可以在滿足布線需求的前提下，將敏感元件的布線范圍盡可能縮小，使敏感元件自身造成的電磁干擾處于能夠把控的范圍內(nèi)，針對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中使用的電線材料，盡可能選擇直徑較寬、長(zhǎng)度較短的電線和接地線，以此來(lái)減少敏感元件造成的電磁干擾現(xiàn)象。

（三）屏蔽干擾技術(shù)

屏蔽干擾技術(shù)是指通過(guò)對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行處理，將大量干擾源進(jìn)行屏蔽，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)抗干擾效果。目前市場(chǎng)環(huán)境中常見(jiàn)的屏蔽干擾技術(shù)主要包括磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)和電磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)。磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)是指使用電磁性非常強(qiáng)的材料作為干擾材料，通過(guò)自身的電磁性和高導(dǎo)磁率來(lái)對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的抗干擾處理。而針對(duì)一些高頻磁場(chǎng)，需要技術(shù)人員使用低電阻率的導(dǎo)體材料作為干擾材料，通過(guò)內(nèi)部形成渦流的方式來(lái)減少外界磁場(chǎng)帶來(lái)的干擾效果，同時(shí)渦流還能夠?qū)?nèi)部的磁場(chǎng)進(jìn)行隔絕，防止內(nèi)部磁場(chǎng)出現(xiàn)外泄現(xiàn)象造成干擾。

四、數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的軟件抗干擾技術(shù)

（一）數(shù)字濾波技術(shù)

數(shù)字濾波技術(shù)是新時(shí)代非常先進(jìn)的軟件抗干擾技術(shù)之一，主要是指通過(guò)數(shù)字濾波對(duì)數(shù)字電路的硬件設(shè)備進(jìn)行仿真，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中全程模擬的效果。數(shù)字濾波技術(shù)能夠?qū)敵龅哪M信號(hào)進(jìn)行多次采樣，通過(guò)采樣的方式將模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)信息加以保存和利用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)使用過(guò)程中全程模擬的效果，以此來(lái)減少硬件設(shè)備造成的干擾問(wèn)題。目前數(shù)字濾波技術(shù)在數(shù)字電路抗干擾處理中的應(yīng)用非常廣泛，能夠起到非常好的抗干擾效果，因此數(shù)字濾波技術(shù)也被各行業(yè)的技術(shù)人員加以研發(fā)和運(yùn)用。不同種類(lèi)數(shù)字濾波技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用方法存在比較大的差異，在實(shí)際使用中需要技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況和數(shù)字電路自身需求選擇適合的數(shù)字濾波技術(shù)加以運(yùn)用。針對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的抗干擾處理，主要途徑是通過(guò)對(duì)干擾源造成的干擾影響加以控制，將干擾無(wú)限降低，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)抗干擾效果。

（二）抗干擾軟件

隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，新時(shí)代下各類(lèi)型的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備也層出不窮，而越來(lái)越多的先進(jìn)抗干擾軟件也得到高度普及和應(yīng)用。例如目前較為常用的“看門(mén)狗”軟件，就是減少干擾影響、確保數(shù)字電路運(yùn)行質(zhì)量的有效抗干擾軟件之一。由于數(shù)字電路常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛和故障，導(dǎo)致數(shù)字電路陷入死循環(huán)、軟件程序的正常運(yùn)行被破壞，而“看門(mén)狗”軟件能夠?qū)?shù)字電路進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，當(dāng)數(shù)字電路出現(xiàn)干擾現(xiàn)象時(shí)，“看門(mén)狗”軟件能夠?qū)Πl(fā)生軟件問(wèn)題和程序跑飛問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，使系統(tǒng)重新啟動(dòng)。除“看門(mén)狗”軟件以外，目前市場(chǎng)上還有很多先進(jìn)的抗干擾軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干擾現(xiàn)象的有效處理，因此針對(duì)抗干擾軟件的應(yīng)用，需要技術(shù)人員加以重視和研究。

（三）輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)

輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)在數(shù)字電路的實(shí)際應(yīng)用中頻率不高，輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)的原理是指對(duì)造成干擾的輸入信號(hào)進(jìn)行有效處理，以此來(lái)減少輸入信號(hào)產(chǎn)生的干擾效果。當(dāng)數(shù)字電路正常運(yùn)行時(shí)，輸入信號(hào)會(huì)對(duì)數(shù)字電路造成一定的電磁干擾，而由于輸入信號(hào)的傳輸速度非?？?，因此電磁干擾信號(hào)對(duì)數(shù)字電路造成的干擾時(shí)間也比較短，而通過(guò)輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行處理，通過(guò)輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行有效采集，而只有連續(xù)兩次以上采集信號(hào)完全相同的輸入信號(hào)才能夠被認(rèn)定有效，而其他采集結(jié)果不同的輸入信號(hào)則會(huì)被判定為干擾信號(hào)加以處理。通過(guò)輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)技術(shù)能夠有效對(duì)所有數(shù)字電路的輸入信號(hào)加以控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)降低干擾的效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字通信技術(shù)是目前各行業(yè)進(jìn)行通信常使用的先進(jìn)技術(shù)，由于數(shù)字通信技術(shù)具有穩(wěn)定性高、傳輸能力強(qiáng)和信號(hào)質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)而成為目前的主流通信技術(shù)之一。針對(duì)數(shù)字電路在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中容易產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，需要技術(shù)人員加以把控，通過(guò)硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)等多種方式加以處理，以此來(lái)確保數(shù)字電路的穩(wěn)定運(yùn)行。