关于电子电路抗干扰技术研究

2014-08-27郝大海

中国新技术新产品 2014年12期

郝大海

（国家新闻出版广电总局2021台， 0161000）

一、概述

多数电子电路都是在弱电流下进行信息传递的，但在实际环境中的电子干扰信号或电子电路内部产生的干扰信号，通过一定的路径进入电子电路，进而会对电子电路造成影响。因此，在进行电子电路设计时必须考虑抗干扰的问题，只有设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施，才能保证电子电路的正常运行。

二、干扰的定义

干扰是指对系统的正常工作产生不利影响的内部或外部因素，在诸多的干扰中，电磁干扰最为常见，且对控制系统的影响也最大，对于其它干扰因素则可以通过一些物理方法进行解决。

电磁干扰的干扰源可能来自电子系统内部或外部。功率级内高频振荡电路和开关电路产生的噪声信号是组成电子系统内部的主要干扰源；而电子系统外部的干扰源主要为系统附近大功率电子设备启停和自然雷电产生的干扰信号。为了确保电子电路的正常运行，因此需要加强对电子系统的抗干扰能力。

三、电磁干扰的基本要素

电磁干扰有三个基本要素构成，即干扰源、传播路径及敏感器件，下面对其进行逐一介绍：a、干扰源。是指产生干扰的元件、设备或是信号，上述已进行介绍，不在赘述。b、传播路径。是指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或是媒介，其中传导干扰和空间辐射干扰是两种典型的干扰传播路径。c、敏感器件。是指易被干扰的对象，例如：D/A，A/D变换器，单片机，弱信号放大器等。

四、电子电路中常见的干扰

抗干扰技术主要是从干扰的传播路径上采取抑制措施，依据干扰的传播通道，干扰可归纳为：

（1）来自电网的干扰。多数电子电路中的直流电源是通过电网交流电经过一系列整流、滤波及稳压后提供的，从而导致一些干扰信号沿着交流电源进入电子电路，致使干扰信号影响了电子系统的正常工作。诸如一些电力设备的启停及雷电感应所产生的高频电压都会叠加到电网电压上。

（2）来自地线的干扰。地线干扰是电子系统内部产生的干扰，由于电子系统内各部分电路大都共用一个直流电源，或是不同电源间共用一个地，使得各部分电路的电流在流过公共地电阻时会产生电压降，此压降使得各部分电路产生相互影响的干扰信号，即地线干扰。

（3）来自信号通道的干扰。在进行远距离测量、控制及通信过程中，电子系统的输出、输入信号线很长，且线间很近，信号在此传输过程中易受到附近电磁场的电磁感应的干扰，或使信号间产生串扰，地线干扰，从而致使传输的信号产生畸变或失常，进而影响电子系统的正常运行。

（4）来自空间电磁辐射的干扰。在上述干扰中，危害最大是来自电网和地线的干扰，然后是来自信号通道的干扰，而空间电磁辐射干扰的危害性一般不大，若能与干扰源保持一定的距离，或采取适当的屏蔽措施，即可得到解决。

五、抗干扰措施

（1）抗电网干扰措施。为阻止从交流电源线引入干扰信号，可以在交流电源与电子系统间安装交流稳压器、电源滤波器、整流器、双T滤波器、无极性电容，下面对其各部分的功能进行简要介绍：a、交流稳压器：用以确保供电的稳定性，防止引起电源系统产生过电压或欠电压，从而提高了电子系统的可靠性。但考虑到交流变压器的价格较为昂贵，一般用在大型电子系统及对抗干扰要求较高的场合。b、电源滤波器：安装在电源变压器的前面，用以滤掉高频干扰信号，使其交流50Hz基波通过，能顾消除工频串模干扰，改善电源波形。c、带有屏蔽层的电源变压器：穿过电源变压器的高频干扰信号主要通过一、二次线圈间的分布电容进行传播，通过在一、二次线圈间加入金属屏蔽层，并将其接机壳地，这样能够有效地减小分布电容值，从而在很大程度上抑制了高频干扰信号穿过电源变压器进入二次侧。d、双T滤波器：滤波作为抑制干扰传导的重要方法，考虑到干扰源发出电磁干扰的频谱比接受信号的频谱宽很多，使得接收器在接收有用信号的同时，也接收了些干扰信号。若采用滤波方法，则可以对干扰信号进行有效地抑制。e、无极性电容：将其并联到直流稳压电路的输入、输出端和集成块的电源引脚上，能够滤掉高频干扰信号。

（2）抗地线干扰措施。抗地线干扰的措施可以归纳为以下几种：a、尽可能采用一点接地，各部分电路的地自成一体后将其分别接到公共地上，然而在印刷电路板上此方法不便布线，为减小干扰，可以适当加大地线的宽度。b、强、弱信号电路的地应分开，然后再将其接到公共地上。c、模拟地和数字地两者也要分开，然后再将其接到公共地上，以防两者交叉混连。d、无论采取何种接地方式，接地线都应短而粗，最大限度上的减小电阻。

（3）信号通道中的抗干扰措施。对于信号通道上的噪声干扰，双绞线传输和光电耦合传输是两种常见的抗干扰方法。a、双绞线传输是指每条信号均采用两条互绞的线进行传输，两条线分别为信号线和地线。该方法是抑制空间电磁干扰、线间串扰及信号地线干扰最为有效简便的措施。由于空间电磁场在每个绞环内产生的感应电动势相同，使得每条线上的感应电动势可以互相抵消，所以不会对传输信号产生干扰；信号电流在两条线上大小相等，方向相反，双绞线对其它信号线的互感即为零，从而抑制了串扰；各信号的地线都是单独的，能够抑制信号之间通过其它地线进行干扰。b、光电耦合传输主要由发光二极管和光敏三极管构成，两者彼此绝缘的密封在一起。其优点是能够有效抑制尖峰脉冲和各种噪声干扰，从而大大提高了过程通道上的信噪比。信号从发光二极管输入，之后发光照射到光敏三极管基极上，此时光信号转换为电信号，并经集电极输出。由此可得，输入和输出是互相隔离的，只有光耦合而没有电的联系，因此，两边的地不同，彼此可以独立。