數字電路設計中的抗干擾技術研究

謝奕釗

摘要：隨著社會科技的不斷發展，數字電路設計受到了越來越多的重視，而數字電路的設計，就不得不考慮到干擾項目。對防干擾技術進行研究，能夠最大化降低干擾，保證數字電路的正常運行。文章主要對數字電路設計中形成干擾的主要因素進行分析，并提出了數字電路設計中抗干擾的主要方法。

關鍵詞：數字電路；抗干擾技術；主要因素；主要方法

數字電路的開發過程中必定會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，使用軟件降低對數字電路的干擾，對數字電路進行一定的補救，從而使得數字電路能夠正常運行，推動數字電路設計技術的進步。

1數字電路設計中形成干擾的主要因素分析

在數字電路設計中，形成干擾的主要因素有3個：干擾源、傳播路徑和敏感器件。干擾源是指在電路中確定會產生一定干擾的元件、設備或者是信號。在實際操作過程中，雷電、電機和繼電器等都可能成為干擾源，對電路形成巨大的干擾，并且在某些數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，干擾性會隨著傳播路徑的增加而有所增加。在實際操作過程中，空間的輻射、信號線等都會干擾傳播路徑。敏感器件是指某些容易被干擾的對象，包括單個設備或者分系統等，為了功能的需要，某些敏感器件的干擾是不可去除的。在實際操作過程中，主要指信號放大器、數字IC等。

2數字電路設計中抗干擾的主要方法分析

在數字電路設計中使用的抗干擾技術主要是抑制干擾源，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，在某些硬件設施難以達到的時候采用軟件方法進行數字電路防干擾，最大化地減少干擾項目對數字電路的干擾，保證數字電路在使用過程中的安全，確保數字電路的正常運行。

2.1對干擾源進行主動抑制

抑制干擾源是抗干擾技術的主要方針，通過盡可能地減小干擾源受到的干擾，實現抑制干擾的作用。對干擾源進行主動抑制，主要是通過在干擾源兩端并聯電容和在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管。首先，為繼電器線圈增加續流二極管，通過增加續流二極管實現對干擾的消除作用。其次，為續電器接點兩端進行火花抑制電路的連接，以減小電火花對電路的影響。第三，為電機增加濾波電路，盡量使用減小引線的長度，增加電機的防干擾能力。第四，為電路板上的IC均接上一個高頻電容，減小IC對電源的影響。同時，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，在實際布線過程中，應盡量采用直線布線，避免使用接近90度的折線。第六，為可控硅接上抑制電路，在防護可控硅的同時減小噪音干擾，對干擾源進行控制。

2.2對干擾傳播路徑進行選擇性切斷

傳播路徑型干擾主要分為傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾就是指在數字電路中通過導線傳播到敏感器件時的干擾，主要辨別方式是通過導線。輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件時的干擾，主要辨別方式是通過空間輻射。2種干擾方式不同，但是對數字電路的干擾影響效果都相對較大。對于傳播路徑干擾，主要采用切斷和隔離的方式進行控制。首先，考慮到電源對單片機的影響。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，要注重對電路板進行合理的分區管理。在分區管理時應該盡量將干擾源和敏感器件分隔并達到一定的距離，保證整個電路系統的穩定。第五，將數字區和模擬區相隔離。在實際操作過程中，一定要注意使用地線將2個分區進行隔離，減小干擾。第六，大功率器件要使用獨立地線。對于功率較大的地線通過單獨接地，減小干擾。第七，在關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

除了對干擾源進行主動抑制和對干擾傳播路徑進行選擇性切斷，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整個數字電路的干擾。第一，在布線的時候要盡量避免大面積進行回路環設計，通過縮短其面積來降低干擾。第二，在實際布線過程中，在電源線和地線的選取上以粗短為優，盡量降低干擾。第三，單片機中閑置的接口要在不改變系統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，要使用好監控系統，保證單片機處于良好的工作狀態。第五，盡量選取低速的數字電路，但是要保證速度能夠滿足實際工作中的要求，確保實際工作的可行性。第六，IC器件應該盡量直接進行焊接工作，盡量避免選用某些連接插座，從而減少干擾，保障數字電路的實際可行性。

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，在抗干擾技術的使用上還要注重從軟件方面出發，比如利用數字濾波技術、輸入信號重復檢測技術、輸出端口數據刷新技術、軟件攔截技術以及“看門狗”技術來降低干擾。

數字濾波技術是指在軟件中對采集到的數據進行電磁兼容消除干擾的處理。一般來說，除了在硬件中對信號采取抗干擾措施之外，還要在軟件中進行數字濾波的處理，以進一步消除附加在數據中的各式各樣的干擾，使采集到的數據能夠真實地反映現場的工藝實際情況。數字濾波技術相對來說算法靈活，效果良好。

輸入信號重復檢測技術是指在輸入信號過程中存在著輸入干擾而又難以使用硬件進行抑制時，采用軟件重復檢測技術，從而最大限度地減少干擾。在重復檢測過程中，如果信號一直變化不定，在達到一定程度時，可以給出相應的報警信號。輸出端口數據刷新技術也是采用重復輸出的方式降低數據干擾。通過數據的重復輸出，從而使得正確信息能夠在不斷傳輸中跳過干擾。

軟件攔截技術通過對程序運行過程中的“亂飛”現象進行攔截，使得程序擺脫軟件程序的“死循環”，最終使得運行通過正常程序進行，保證了程序的有效性和穩定性。

“看門狗”技術是數字電路中的重要抗干擾技術。由于軟件攔截技術存在一定的局限性，對某些難以控制的程序“亂飛”現象無法正確地攔截，程序也就難以擺脫“死循環”。而通過“看門狗”，能夠對程序進行良好的監控。當程序受到干擾發生混亂時，由于程序邏輯已經受到了破壞，程序在混亂的情況下無法對“看門狗”進行設置，進而導致看門狗定時溢出，導致系統重新運行，擺脫癱瘓狀態，保持良好的系統運行。

3結語

隨著現代社會和科技的飛速發展，在通信、信息處理上更多地采用處理速度快、處理效果佳的數字電路。但是在數字電路的使用過程中，經常會受到來自各種干擾項的干擾，從而影響著數字電路的正常使用。因此，在數字電路的設計過程中，一定要對數字電路的干擾項進行仔細研究，通過對干擾源進行主動抑制，對干擾傳播路徑進行選擇性切斷，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行干擾控制的時候使用軟件降低干擾，從而避免數字電路設計中受到干擾，推動數字電路的進一步發展。