電子電路可靠性及抗干擾策略探究

游惠明

廈門精合電氣自動化有限公司，福建廈門，361000

0 引言

在社會發(fā)展不斷提速的背景下，社會各界對電能的需求逐漸趨于多樣化，影響電子電路穩(wěn)定性和可靠性的因素也越來越多，良好的抗干擾措施逐漸成為群眾重點關注的內容。在現有防護體系中實現抗干擾、抗浪涌沖擊等具有較強的技術難度，工作人員需要在日常工作中不斷總結電子電路中常見的干擾問題，明確浪涌產生的原因，針對性地制定解決措施，以便于更好地服務群眾。

1 抑制空間電磁場的干擾

空間電磁場的干擾主要體現為多種渠道產生的電磁波，市面上常見的電子設備會因為電源電流數值波動較大或電荷異常情況，進而產生安全隱患，而且上述情況在現場環(huán)境中還會形成異常電磁場，進而引發(fā)電磁干擾問題。對此相關人員會針對性地采取防范措施，安裝外部防護裝置或涂抹防護材料，也有先利用其他材料將工器具整體包圍的做法，后續(xù)再利用完善的接地措施，將金屬外殼作為導體引導異常的電離子流向大地，避免電流相互之間產生電磁感應，最后演變成強電磁波。

2 提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力

電源結構在向系統(tǒng)執(zhí)行電力供應工藝時，也會將其噪聲耦合到系統(tǒng)電源上，這種現象對電路運行穩(wěn)定性有非常惡劣的負面影響，故而科研人員經過多年的實踐驗證和理論分析后發(fā)現，確保系統(tǒng)電源穩(wěn)定供應是保障系統(tǒng)正常運行，避免受到外部因素影響，提升電力供應穩(wěn)定性的重要渠道。為了有效提升防護能力，減少異常情況，技術人員通常會選擇在交流電源上增加電源濾波器，讓其附近頻率成分通過設備控制在合理范圍內，若出現高頻率異常情況，可以利用儀器設備完成頻率衰減，進一步抑制干擾和噪聲。

3 提升信號傳輸強度及干擾抵抗能力

進一步提升信號傳輸通道的結構強度和抗干擾能力，避免接收信息和實際情況出現異常誤差或信號傳遞不穩(wěn)的現象，因為這些都會導致電子電路無法正常工作。通常情況下，技術人員會通過以下幾點措施來進行抗干擾，加強信號傳輸通道的穩(wěn)定性。

3.1 利用光電耦合器和電子濾波器

當信號傳輸設備需要執(zhí)行相關工藝輸出信號時，利用光電隔離措施可以將微處理器和信號傳輸通道隔離開來，有效避免干擾信號的入侵，確保電路板工藝約束的前提下，能夠穩(wěn)定運行，不會出現輸入信號誤差或高噪聲區(qū)信號誤入等現象。

3.2 負載阻抗匹配措施

采用負載阻抗匹配措施，減少信號傳輸過程中可能出現的畸形變化。一旦信號傳輸過程中出現異常狀況，整個系統(tǒng)會出現明顯的應激反應，甚至會損壞設備，進而引發(fā)信號出現畸形變化，不僅會造成系統(tǒng)噪聲，更會導致整條信號鏈出現破損，導致信號接收設備無法獲取到準確的指令，后續(xù)工藝也無法正常開展。當工作人員按照應急預案進行處理時，可以讓原有異常的工作參數趨于平穩(wěn)，有效規(guī)避可能出現的短路等危害。

3.3 合理利用雙絞線設施

由于線路本身容易受客觀因素的影響，其中最常見的就是電阻值等參數會受信號傳輸異常狀態(tài)的影響。一旦此時需要進行遠距離信號傳輸，其隱患的影響力會逐漸增加，其分布情況以及工藝執(zhí)行數值會受客觀因素的影響而產生變化，此時很可能會出現信號干擾情況。為阻止這一現象，可使用對應的雙絞線設施，進一步提升信息傳輸通道的穩(wěn)定性，避免異常情況頻繁出現。

3.4 抑制共模、差模干擾

綜合上述多種情況皆無法解決時，工作人員可以在信號傳輸過程中對二者的干擾形式進行抑制，并根據其各自的概念來調整抑制方式，合理調控工作指標，確保信號穩(wěn)定，減少不必要的風險問題。但考慮到差模干擾的來源比較廣泛，最常見的是電源和線路之間出現電感應耦合情況，當所處地址和被檢測信號出現數值沖突時，耦合情況便會隨之出現，進而導致信號線路難以正常運行，且電源線輸出時各項數據會共同抑制共模電流的穩(wěn)定性，提升其干擾危害。對此，工作人員可以在信號線路或電源接口處增加簡單的低通濾波電路，利用合理的電感和電容組合方式，確保信號線和接地裝置不會產生異常干擾，電流將電感串聯在要濾波的信號線上，保障整體傳輸線路的穩(wěn)定性。

4 對自激與消除現象進行處理

工作人員需要明確，高頻自激振蕩主要是由于在安裝過程中系統(tǒng)結構受到影響或線路分布存在不合理情況，導致能源輸出量不穩(wěn)定，輸出線路和接口輸入線路距離異常，進而導致電流出現正反饋作用。基于此，設備在安裝和調試過程中，為了確保每個元器件的布局科學合理，且能按照預期方案縮短線路跨越的長度，可適當進行高頻數值分析，通過啟用對應的處理方式，用低壓放大器對高頻電信號進行適當處理，避免出現嚴重的故障問題。另外，還要關注電阻異常現象。這種情況通常會出現在因電池使用時間過長而輸入及輸出電壓出現相應變化，從而形成的惡性循環(huán)體系，且在電荷離子異常游離過程中，便會出現震蕩情況，最常規(guī)的消除方法就是加入電源去耦電路，消除相互之間的影響。

5 電浪涌現象的及時處理

電浪涌是短時間之內系統(tǒng)內部出現高電壓電流沖擊的異常情況，這類隱患問題出現頻率較低，可一旦發(fā)生就會對電子元器件造成極為嚴重的破壞，輕則會導致電路出現誤動作或局部地區(qū)出現輕微零件損傷，重則會導致核心零部件直接出現永久性破壞，甚至會引發(fā)火災等安全事故，危害工作人員生命財產安全?；诖?，科研人員近些年也從未停止過相應的防范體系研究，時至今日已經建立了許多應對方案，具體情況如下。

（1）針對集成電路開關工作時產生的浪涌電流，集成電路在輸出狀態(tài)翻轉時，其電流瞬間數值會產生很大的變化，由于其具有很高的頻率成分，會導致周圍的電容受到抑制。例如曾有某企業(yè)的電子設備在實際工作過程中，由于人員操作失誤，導致部分設備的運行數值出現誤差，使整個集成電路在工作時未能進行良好的數值測算，導致設備長時間處于異常運行狀態(tài)，開關處產生大量的浪涌電流，但經過自動化設備的探測，及時向工作人員做了預警。技術人員到現場后，根據經驗和實際情況，在集成電路旁嫁接一個0.1F左右的電容，使得現場電流趨于穩(wěn)定，有效避免了一場嚴重的安全事故。

（2）上述情況主要是由于電路在輸入電流時起狀態(tài)突然中斷，使得原有的線路中出現一股和正常方向對沖的異常電流，進而導致電壓隨之變得不穩(wěn)定，為抑制這種情況保護驅動元器件，技術人員可以在電桿兩側并接保護電路，利用二極管齊納二極管鉗位等防護設施的效果完成整個系統(tǒng)的防護工作。

（3）接通電容性負載時產生的浪涌電流，這種隱患問題主要是因為電路中開關、電路或功率管驅動時出現電容性異常負載，使得電路輸出端在轉換過程中出現兩端電壓突變、交變電流異常的情況，其危害性和故障原理與正常的電路短路有相似之處。但電容性負載產生的浪涌電流會遠高于正常的短路，其異常的電流會瞬間對設備帶來嚴重的損傷。為解決這一情況，技術人員可以在接通電路的瞬間接入一定電阻，電阻值的具體數額要根據實際情況進行計算，當期轉化掉部分異常電流后再撤掉，以此來保障系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免發(fā)生進一步危險。

6 器件優(yōu)化選擇

積極主動地對接市場，了解新型設備的優(yōu)勢，改善現有的工作體系，引進先進的儀器設備，不僅可以減少噪聲的產生，提升電路運行的穩(wěn)定性，還可以利用其先進的特性和功能來保障現場的安全性和工藝的穩(wěn)定性。例如，實驗表明，在常用的低噪聲電路中，使用金屬膜電阻器可以借助云母和磁介質等材料有效防漏電，合理管控電容電解值[1]。從其原理上來看，該目標的實現主要得益于結型場效應管，相對于普通三極管來說，其具有極高的輸入阻抗，不僅噪聲減小，甚至有一定的降噪功能。對于現場電磁干擾強度極大且存在共模干擾信號的環(huán)境，使用優(yōu)質元器件可以防止老化問題，借助光電耦合器和放大器，可以減少元器件的反饋影響，減少電路輻射情況?；诖?，在選擇相關處理元器件時，需要考慮噪聲指標對系統(tǒng)自身的干擾能力，在盡可能滿足性能的前提下，選用頻率更低的設備來處理，以進一步減少干擾現象的危害，控制噪聲的來源。

7 印制電路板的可靠性和抗干擾性設計

電路板是由電源線、信號線、元器件等集成的裝置，其在運行過程中難免會因為相互之間的電磁場或電流運行情況而產生不同程度的干擾，所以在印制電路板設計時，需要提前制定完善的方案，如圖1所示。

圖1 印制電路板抗干擾設計

7.1 合理設置導線

導線最小寬度和安裝的間距必須要控制在0.2mm以內，在確保線路布置密度符合現場需求后，再適當加寬導線的直徑和其間距，但前提都是要確保信號接收穩(wěn)定，并且核心線路最好要匯聚在電路板中央，盡可能靠近底線，形成更小的電線回路，避免風險。另外，線路在設計時，要盡量避免過長距離的平行線路，將各個點位之間連接長度控制在最短并將拐角設置為130度左右，切忌形成90度或其他形狀的標準幾何圖形，因為這會產生大量的耦合電壓[2]。但這些數值并非完全標準，工作人員需要針對現場的高頻信號和其他干擾因素進行統(tǒng)籌分析，妥善連接信號線路，縮短引線長度，最后制定布線方式。在設置導線時必須確保其本身的材質為優(yōu)等且絕緣設施完善。在實際工作過程中，經常有技術人員重視導線的布局路線以及使用長度，卻沒有切實對導線的主體材料以及外部絕緣裝的安裝情況進行分析，致使雖然工作人員可以保障線路不會出現明顯的隱患問題，但絕緣層破損等情況卻有發(fā)生。這類問題雖說只需要對外部防護裝置進行更換即可解決，可隱患發(fā)生的第一時間若沒能被發(fā)現，就會導致電源裸露，從而在職工發(fā)生觸碰或導線沾染水漬等情況時，都有可能引發(fā)嚴重的短路問題。而且不完善的配套設施也會帶來高昂的材料整理費用，這也是行業(yè)發(fā)展的一大掣肘。

7.2 合理布置器件

器件布局雖說不是影響電流干擾的主要因素，但如果沒有合理考慮電路結構，并未對元器件安裝位置進行科學布局，也會導致電流在輸出過程中相互關聯的元器件無法快速傳遞信號，從而出現工作頻率異常的情況，且電荷離子的游離也缺少規(guī)范性，很多電流會跨越較長的引線達到下一個信號接收設備中，這樣不僅會使得工作效率過低，同時還容易發(fā)生安全隱患。一旦出現短路問題，周圍串聯的電路都會受到影響，遠距離輸送信號的設備也會迅速停止運轉，進而導致整體工作受阻[3]。另外，在實際工作過程中，有很多工作人員經常會忽略電子電路元器件布局問題的重要性，認為只要不存在裸露線路相互接觸的情況，便不需要進行過于細致的電路排版,設備質量完好且無明顯質量以及布局問題，便不會產生過于嚴重的風險。但現實情況卻不斷為相關人員敲響了警鐘，近段時間，曾有一企業(yè)在生產電子電路時，已經購置了符合安全性能的儀器設備，但在工作過程中，部分同批次零件所組裝的儀器設備還是出現了故障問題，進而導致現場發(fā)生爆燃現象，損失不計其數，甚至還出現了人員傷亡。事后相關人員對現場進行勘察和分析后發(fā)現，出現上述情況的主要原因是相關人員并沒有對電子電路進行合理的布局，在工作過程中，很多游離的電荷離子形成了異常的電磁場，最終導致設備短路。由此可見，硬件設備的性能是重要的管理工作，布局問題同樣也不能忽視，否則其會帶來極其嚴重的影響[4]。

7.3 接地技術

合理選用接地技術，安裝接地系統(tǒng)是減少電磁干擾最重要的方法。正確的選用接地技術，可以保障電路內的電流趨于穩(wěn)定，不會出現異常狀態(tài)，并且線路的布局方法也會使各零件之間的電感效應降低，減少異常電流電磁場的影響，但如果信號工作頻率長期處于10MHz時地線阻抗會變得非常大，此時就應該使用多點接地方式，減少環(huán)流干擾影響。但當工作頻率處于1～10MHz時，就需要采用單點接地方式，避免出現電路相混導致電流異常等情況。但上述工藝的落實，也需要將每一個線路和地面的接觸面積擴大，并盡可能對線路進行加固、加粗處理，否則很有可能因為瞬時的異常電流變化而導致設備出現故障，其安全性能降低，其危害反而可能提升。另外，接地技術一直都是電力相關行業(yè)需要重點關注的內容，接地不完整所帶來的風險問題多樣且嚴重，曾有很多企業(yè)因為接地設施不完善引發(fā)了許多安全問題，這不僅會影響行業(yè)的發(fā)展，更有可能導致現場工藝的安全性無法得到保障。眾所周知，我國十分注重職工人身安全，若安全性不能達標，是無法通過國家審批的，其重要性可見一斑[5]。

8 結語

綜上所述，電子電路的可靠性和抗干擾能力提升是一項囊括多學科知識的系統(tǒng)工程，其本身具有極高的技術難度。但工作人員在實際設備調試和設計安裝等過程中，應不斷積累經驗，分析影響現有系統(tǒng)可靠性的因素，以此作為參考，針對性地制定應急體系，并逐漸演變成防護結構，融入集成化和信息化技術，進而保證電路長期穩(wěn)定可靠地運行。