电子系统中的抗干扰技术_介绍

电子系统中的抗干扰技术

摘要：应用硬件抗干扰措施是必不可少的一种有效方法。本文中介绍了几种形式的干扰以及解决方法，如信号如何走线、接地的安全可靠、印制电路板避免干扰的设计、电源使用注意事项等几方面进行了阐述。通过合理的硬件电路设计，可以削弱或

抑制绝大部分干扰。实践应用取得了良好的效果。

关键词：抗干扰、屏蔽、电磁辐射。

0 引言

干扰是无处不在的，干扰可导致系统工作不正常，输出信息失真，严重可导致系统瘫痪。抗干扰设计是设备长期稳定运行的保证；随着电子技术的发展、电子设备的普及应用，抗干扰技术的研究显得越来越重要，应用也越来越普及。电子工程师从设备的研制阶段就应使用抗干扰技术，抗干扰技术始终贯穿于设备的设计、制造、安装、使用等各个阶段。

1 抗干扰技术应用

1．1 电源使用方面

有些电源在通断的一瞬间会对小功率电子设备造成损害，对附近的电子设备形成干扰。例如，显示器附近有电源设备时，有时开关电源设备的一瞬问会导致显示器闪一下，如果电源功率较大或靠的太近，而显示器屏蔽效果又达不到要求，显示器就会出现波纹，影响使用。

解决方法是：电源设备加装屏蔽层，采取有效的接地措施，电源线也应带屏蔽层，显示器等易受干扰的设备应尽量远离电源。

1．2 信号传输方面

信号在传输过程中由于线缆过长、过细，绝缘性能不好，没有采取有效的屏蔽、接地措施，信号传输就会受到干扰，特别是正电平信号受干扰影响较大。解决方法有：

(1)信号采用负电平传输。

(2)容易相互干扰的信号分开传输。

(3)高频信号单独采用同轴电缆传输。

(4)模拟信号、数字信号分开传输。

(5) (内部可采用一根信号线附近一根地线的接线形式)。

(6)尽量采用带有屏蔽层的电缆，屏蔽层接地。线缆的绝缘性能要好。

(7)正确使用双绞线可起到消除电磁干扰的作用，通常网络线缆都是采用双绞的形式。

信号的传输可使用双绞线的形式，通常采用兰白双绞，兰色线接信号白色线接地，信号线和地线相邻。

(8)信号线远离电源线，对于无法远离的则要加装金属隔板；信号线尽量短，粗细应

合适。

(9)数字信号受到干扰产生毛刺，可根据毛刺幅度大小(选用合适电容值的电容，一般

几十pF至几百pF)采用电容滤波的方法，对信号进行滤波，如图1所示。

例如，某系统工作不正常，用示波器观察某输入信号：有毛刺；加电容(几百pF)直接下拉接地匹配滤波，经过处理后系统正常工作。波形对比如图2所示。

如果毛刺太大，用电容滤波的方法效果不理想，最好采用数字逻辑电路对信号进行整形如图3所示，这种方法效果显著、可靠，对大规模可编程逻辑芯片来说实现起来非常方便。

D触发器使用数目视输入受干扰信号的脉冲宽度而定，要保证整形后的信号一定比输入信号宽才能达到消除前后沿毛刺的目的。

例如，使用某计数器计数，发现计数结果比所计脉冲个数多许多，用示波器检查计数脉冲发现有毛刺，而且毛刺较大。考虑到用电容滤波的方法效果不理想，最后采用图

3所示(用D触发器对计数脉冲整形)的方法，达到了理想的效果。该计数器在后来的使用中未出现如前所述的故障现象。整形前后波形对比如图4所示。

1．3 地线使用方面

地线在解决干扰问题方面起着非常关键的作用。地线过细，布局不合理等都会影响到抗干扰的效果，电子设备都涉及到接地问题。电子设备在设计阶段都会制定接地规范，以保障设备能够正常工作。地线粗、接地面积尽量大是基本原则。大型电子设备采用分层逐级接地的方法可起到良好的抗干扰效果，如图5所示。

1．4 屏蔽措施

屏蔽技术可以起到抑制外部电磁感应干扰的作用，采取有效的屏蔽措施是减少电磁干扰的重要手段。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，割断其空间场的耦合通道；良好的屏蔽是和接地紧密相连的，因而可以大大降低噪声耦合，取得较好的抗干扰效果。

屏蔽的方法通常是用低电阻材料作成屏蔽体，把需要隔离的部分包围起来，起到隔离作用；被隔离的部分既可以是干扰源，也可以是易受干扰的部分。这样，既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰，也屏蔽了被隔离部分接受外来的干扰。

例如，某计算机系统的鼠标无法移动。鼠标与主板传输距离较远(大约7 m左右)，分析认为电缆过长受到干扰。把相关的传输电缆换成屏蔽电缆(带有金属网)，把屏蔽层与两端插头接好，经过此项处理后鼠标方可正常使用。

1．5 印制电路板布线方面

保证电子设备的设计成功在印制板布线阶段所采取的抗干扰措施非常重要，主要措施如下：

(1)采用大规模集成电路减少器件数量及信号走线。

(2)合理布局缩短走线及器件间串扰，尽量把相互间有关联的器件放在一起。

(3)每个集成芯片的每组电源与地之间跨接0．1 uF左右的陶瓷电容，可起到集成电路去耦作用(有多少组电源、地就跨接多少个电容)。电源、地的孔距与电容的长度差不多，以便使电容的跨接长度最短。电路板入口处电源与地之间应安装22 uF左右的大容量电解电容和0．1 uF左右的小容量非电解电容可起到电源去耦作用(大容量电解电容去低频干扰部分，小容量非电解电容去高频干扰部分)。电容安装示意如图6所示。图中未标出电容值的电容均为0.1uF电容。

(1)多层印制电路板采用大面积地线设计，地线单独放在一层；凡是没有焊孔、过孔的地方都布成地，最大限度的增加接地面积，增强抗干扰能力；模拟地、数字地分开。

(2)高频、视频等易受干扰又易产生干扰的信号采用屏蔽线；印制板走线越短越好；相同性质的信号放在同一层；易相互干扰的信号放在不同层；信号走线保持一定的间距。

(3)输入／输出信号匹配驱动：输入信号加驱动电路(74HC244或74HC245)如图7所示；输出信号加驱动电路(74HC244或74HC245)和匹配电阻如图8所示。

2 结束语

以上只是抗干扰技术在工程应用中的几点总结。不同形式的干扰需采取不同的抗干扰措施，在工程实践中需具体问题具体分析，必要时还应该做专题试验加以验证。