電子系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù) 介紹

1、電子系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)王亮 20815029電子信息技術(shù)及儀器摘 要：應用硬件抗干擾措施是必不可少的一種有效方法。本文中介紹了幾種形式的干擾以及解決方法，如信號如何走線、接地的安全可靠、印制電路板避免干擾的設計、電源使用注意事項等幾方面進行了闡述。通過合理的硬件電路設計，可以削弱或抑制絕大部分干擾。實踐應用取得了良好的效果。 關鍵詞：抗干擾、屏蔽、電磁輻射。0 引 言 干擾是無處不在的，干擾可導致系統(tǒng)工作不正常，輸出信息失真，嚴重可導致系統(tǒng)癱瘓?？垢蓴_設計是設備長期穩(wěn)定運行的保證；隨著電子技術(shù)的發(fā)展、電子設備的普 及應用，抗干擾技術(shù)的研究顯得越來越重要，應用也越來越普及。電子工程師從設備的研制

2、階段就應使用抗干擾技術(shù)，抗干擾技術(shù)始終貫穿于設備的設計、制造、安裝、使用等各個階段。1 抗干擾技術(shù)應用 11 電源使用方面 有些電源在通斷的一瞬間會對小功率電子設備造成損害，對附近的電子設備形成干擾。例如，顯示器附近有電源設備時，有時開關電源設備的一瞬問會導致顯示器閃一下，如果電源功率較大或靠的太近，而顯示器屏蔽效果又達不到要求，顯示器就會出現(xiàn)波紋，影響使用。解決方法是：電源設備加裝屏蔽層，采取有效的接地措施，電源線也應帶屏蔽層，顯示器等易受干擾的設備應盡量遠離電源。 12 信號傳輸方面 信號在傳輸過程中由于線纜過長、過細，絕緣性能不好，沒有采取有效的屏蔽、接地措施，信號傳輸就會受到干擾，特別

3、是正電平信號受干擾影響較大。解決方法有： (1)信號采用負電平傳輸。 (2)容易相互干擾的信號分開傳輸。 (3)高頻信號單獨采用同軸電纜傳輸。 (4)模擬信號、數(shù)字信號分開傳輸。 (5) (內(nèi)部可采用一根信號線附近一根地線的接線形式)。 (6)盡量采用帶有屏蔽層的電纜，屏蔽層接地。線纜的絕緣性能要好。 (7)正確使用雙絞線可起到消除電磁干擾的作用，通常網(wǎng)絡線纜都是采用雙絞的形式。信號的傳輸可使用雙絞線的形式，通常采用蘭白雙絞，蘭色線接信號白色線接地，信號線和地線相鄰。 (8)信號線遠離電源線，對于無法遠離的則要加裝金屬隔板；信號線盡量短，粗細應合適。 (9)數(shù)字信號受到干擾產(chǎn)生毛刺，可根據(jù)毛刺

4、幅度大小(選用合適電容值的電容，一般幾十pF至幾百pF)采用電容濾波的方法，對信號進行濾波，如圖1所示。例如，某系統(tǒng)工作不正常，用示波器觀察某輸入信號：有毛刺；加電容(幾百pF)直接下拉接地匹配濾波，經(jīng)過處理后系統(tǒng)正常工作。波形對比如圖2所示。如果毛刺太大，用電容濾波的方法效果不理想，最好采用數(shù)字邏輯電路對信號進行整形如圖3所示，這種方法效果顯著、可靠，對大規(guī)模可編程邏輯芯片來說實現(xiàn)起來非常方便。D觸發(fā)器使用數(shù)目視輸入受干擾信號的脈沖寬度而定，要保證整形后的信號一定比輸入信號寬才能達到消除前后沿毛刺的目的。例如，使用某計數(shù)器計數(shù)，發(fā)現(xiàn)計數(shù)結(jié)果比所計脈沖個數(shù)多許多，用示波器檢查計數(shù)脈沖發(fā)現(xiàn)有毛刺

5、，而且毛刺較大。考慮到用電容濾波的方法效果不理想，最后采用圖3所示(用D觸發(fā)器對計數(shù)脈沖整形)的方法，達到了理想的效果。該計數(shù)器在后來的使用中未出現(xiàn)如前所述的故障現(xiàn)象。整形前后波形對比如圖4所示。13 地線使用方面 地線在解決干擾問題方面起著非常關鍵的作用。地線過細，布局不合理等都會影響到抗干擾的效果，電子設備都涉及到接地問題。電子設備在設計階段都會制定接地規(guī)范，以保障設備能夠正常工作。地線粗、接地面積盡量大是基本原則。大型電子設備采用分層逐級接地的方法可起到良好的抗干擾效果，如圖5所示。14 屏蔽措施 屏蔽技術(shù)可以起到抑制外部電磁感應干擾的作用，采取有效的屏蔽措施是減少電磁干擾的重要手段。屏

6、蔽是指用屏蔽體把通過空間進行電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來，割斷其空間場的耦合通道；良好的屏蔽是和接地緊密相連的，因而可以大大降低噪聲耦合，取得較好的抗干擾效果。屏蔽的方法通常是用低電阻材料作成屏蔽體，把需要隔離的部分包圍起來，起到隔離作用；被隔離的部分既可以是干擾源，也可以是易受干擾的部分。這樣，既屏蔽了被隔離部分向外施加干擾，也屏蔽了被隔離部分接受外來的干擾。 例如，某計算機系統(tǒng)的鼠標無法移動。鼠標與主板傳輸距離較遠(大約7 m左右)，分析認為電纜過長受到干擾。把相關的傳輸電纜換成屏蔽電纜(帶有金屬網(wǎng))，把屏蔽層與兩端插頭接好，經(jīng)過此項處理后鼠標方可正常使用。 15 印制電路板布線方

7、面 保證電子設備的設計成功在印制板布線階段所采取的抗干擾措施非常重要，主要措施如下：(1)采用大規(guī)模集成電路減少器件數(shù)量及信號走線。 (2)合理布局縮短走線及器件間串擾，盡量把相互間有關聯(lián)的器件放在一起。 (3)每個集成芯片的每組電源與地之間跨接 01 uF左右的陶瓷電容，可起到集成電路去耦作用(有多少組電源、地就跨接多少個電容)。電源、地的孔距與電容的長度差不多，以便使電容的跨接長度最短。電路板入口處電源與地之間應安裝22 uF左右的大容量電解電容和01 uF左右的小容量非電解電容可起到電源去耦作用(大容量電解電容去低頻干擾部分，小容量非電解電容去高頻干擾部分)。電容安裝示意如圖6所示。圖中未標出電容值的電容均為0.1uF電容。(1)多層印制電路板采用大面積地線設計，地線單獨放在一層；凡是沒有焊孔、過孔的地方都布成地，最大限度的增加接地面積，增強抗干擾能力；模擬地、數(shù)字地分開。 (2)高頻、視頻等易受干擾又易產(chǎn)生干擾的信號采用屏蔽線；印制板走線越短越好；相同性質(zhì)的信號放在同一層；易相互干擾的信號放在不同層；信號走線保持一定的間距。 (3)輸入輸出信號匹配驅(qū)動：輸入信號加驅(qū)動電路(74HC244或74HC245)