淺析現代電子系統抗干擾問題

張華杰

摘 要：電子系統的干擾是現代電子系統領域難以避免的問題，文章針對現代電子系統的結構特性，論述電子系統的主要干擾問題。為降低干擾給電子系統的正常運行帶來的危害，從硬件角度對解決這些干擾的技術措施進行了介紹。實踐經驗表明，在電子系統設計中綜合運用這些措施，能夠使電子系統的抗干擾能力進一步提高。

關鍵詞：電子系統；抗干擾；電磁干擾；靜電

1 引言

隨著數字化時代的到來，電子信息行業得到迅猛發展，電子系統的發展呈現出快速化、高集成度的發展現象；現代電子系統具有傳統電子系統所沒有的特點，具體表現為：功能完善、程度高、強弱電結合、數字與模擬信號結合的特點。電子系統的這些新特性，使得其內部復雜的電路之間， 集成芯片之間的干擾加重；此外，由于電子系統往往處在較為惡劣的電磁環境中， 受到嚴重的干擾，導致其輸出結果與輸入指令相脫離，與預計的結果不一致，甚至會導致系統發生故障與發生不可預測的事故。因此，認真分析現代電子系統的各種干擾，不斷探究有效的抗干擾技術就顯得非常有必要。

2 現代電子系統的干擾分類

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、導體輻射而引起的調制與噪聲吸收。系統本身是其主要來源，由于電子系統會接收外界的干擾，因此也能對系統外產生空間干擾。一般而言，通道干擾與供電系統干擾的強度要遠大于空間干擾的強度，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計進行解決。

過程通道的干擾。這種干擾主要指的是電子系統利用后向、前向及相互通道之間進行信息傳輸的路徑。長線傳輸是過程通道產生干擾的主要原因，當傳輸信息為脈沖波時，這種干擾就會尤為明顯，衰減、時延、畸變及通道干擾耦合都會在傳輸過程中出現，同時還會受到空間電磁場的干擾。為了提高長線傳輸的可靠性，采用光同軸電纜傳輸、電耦合隔離、阻抗匹配、屏蔽、雙絞線傳輸等方法解決這類干擾問題。

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

供電系統的干擾。電子系統中危害最嚴重的便是這類干擾。由于任何電源和導線都有內部阻抗，外界的干擾信號通過電源對電子系統產生干擾。對濾波、穩壓、隔離等措施的研究日益深入，其目的是為了解決供電系統干擾產生的問題。

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。大氣運動時產生的空間懸浮物在云體內形成電荷的積累，當電場強度超過25～ 30 kV/ cm 時， 會擊穿空氣產生雷電。在閃電過程中， 伴隨強大的瞬時電流，釋放巨大能量，閃擊通道短時間內急劇升溫，強大的瞬間電流會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，往往造成設備介電常數下降，保護裝置、監控系統誤動作，電子元器件損壞，甚至停機停產。

3 抗干擾技術的研究

電子技術廣泛應用于多個領域，因此，產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，確保電子系統的兼容性。

其中，抑制電磁干擾的最常用的措施便是屏蔽技術，其主要是根據金屬隔離原理來控制某一區域的電磁場對另一區域電磁場的干擾。包含兩層內容：①將電路、接收設備、系統用屏蔽體包圍起來，使其不受外界電磁干擾的影響。②把電路或整個系統的干擾源用屏蔽體包圍起來，使得電磁干擾無法向外擴散。按照產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。

對高頻及低頻磁場的屏蔽采用的屏蔽技術是磁場屏蔽。高頻磁場的屏蔽材料采用低電阻率的良導體，使得高頻磁場在屏蔽體中產生渦流，其所形成的磁場與外界磁場相互抵消，進而達到屏蔽的效果。低頻磁場屏蔽根據鐵磁性材料的高導磁率對干擾磁場進行分路，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。

接縫處理和通風散熱設計。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，對屏蔽作用有重要的影響，必須采取適當措施抑制泄漏電磁。在設計時根據磁電泄漏的影響因素，必須及時加以抑制。磁電泄漏抑制主要劃分為：通風孔上電磁泄漏抑制與裝配面接縫泄漏抑制。主要設計策略包含以下幾點：①使得大面積通風孔上覆蓋金屬絲網，能夠有效的防止電磁泄漏。金屬絲網結費用低、結構簡單、通風量比較大，其屏蔽性能與網孔疏密程度、導電率、網絲交點處的焊接質量有關；②在滿足屏蔽體通風量要求的條件下，根據小孔代替大孔的原理，采用穿孔金屬板；③采用截止波導通風孔陣，波導對在其內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。電源帶入的干擾對現代電子系統的危害最大。低通濾波、交流穩壓、隔離變壓、直流穩壓等是目前在電源中所采取的主要的抗干擾技術。

切斷過程通道干擾。過程通道抗干擾技術主要包括以下幾種：①模擬接地與數字接地分開，避免公共地阻抗對模擬信號與數字信號產生的耦合作用；②通過各類隔離放大器隔離模擬信號，采用光電耦合隔離器隔離數字信號，特別是用于不同接地電位的系統之間的信號傳輸；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。

抑制空間干擾技術措施。主要包括：加大元器件間及導線間隔；開關功率源遠離敏感部件；長線傳輸時使用同軸電纜或屏蔽線；接地屏蔽且使用金屬機殼。

印刷電路板抗干擾技術。地線設計使得大部分的干擾問題能夠得到解決。設計電路板時應注意幾個技術問題，分別為： ①多點接地及單點接地的選擇。高頻電路中， 地線阻抗比較大，采用多點接地法，能夠降低地線阻抗；低頻電路中，元器件與導線間的感應比較小，接地電路的環流干擾對系統影響較大， 因而采用單點接地。②接地線應盡可能加粗，使地線電阻減小，使因公共阻抗耦合干擾減小。③模擬信號地和數字信號地分開連接。④把數字地做成閉合的網格，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，與邏輯信號線平行布線，以起到與地線相似的隔離作用，使電源線遠離敏感信號線，減少干擾。

接地防雷保護。接地網設計遵循的原則： ①盡量采用建筑地基鋼筋以及自然金屬物作為接地網；②以自然接地物為基礎，以人工接地物作補充；③電子系統接地通常采用單點接地，如果系統復雜可采用多點混合接地。

4 結束語

現代電子系統中抗干擾問題除上述外，應有不少沒遇過的，需要在不斷實踐中總結經驗，促進抗干擾技術不斷的提高。硬件結構是電子系統抗干擾性能的根本，軟件抗干擾只是補充。因此，硬件的設計應盡可能完善。功能的實現要考慮硬件受到干擾時的失效情況，在保證控制功能、實時性與控制精度的前提下，應盡可能提高系統的抗干擾性能。

參考文獻

[1]周佩白，魯君偉，傅正財，等.電磁兼容問題的計算機模擬與

仿真技術[M].北京：中國電力出版社，2006.5

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T21431）2008建筑物防雷裝置檢測技術規范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3]馮力.電磁干擾及其抑制技術[J].電子質量，2003

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