数字电路信号传输抗干扰技术研究

施宇豪，张 雄，周郅杰

（上海航天电子技术研究所，上海 201109）

1.1 调频技术

调频技术是一种民用的抗干扰技术手段。民用运用量和其应用的频次相对较大，对于抗干扰技术的稳定性要求较为严格。调频技术在应用中是根据相关规律反复跳变实现抗干扰处理，具有灵活多变的特征[1]。

1.2 扩频技术

扩频技术主要用在数字电路通信的传输和接收信号的处理中，利用一种隐蔽性的模式将其附着在噪声中。直接序列扩频技术是常见的方式，应用此种方式进行处理，可以有效降低各种干扰，充分保障通信的稳定性，在人们的日常生产生活中较为常见[2]。扩频技术抗干扰能力示意如图1 所示。

图1 扩频技术抗干扰能力示意

1.3 混合技术

混合技术是对多种抗干扰技术进行混合处理后形成的一种技术手段，主要通过将诸多种类的抗干扰技术进行组合应用，充分凸显不同技术优势。混合技术相对于单一抗干扰技术来说，其成本更高，也更复杂，但是在处理中通过对多种抗干扰技术的组合应用，可以有效提高整体的抗干扰性能，增强稳定性[3]。

2.1 主要干扰源

干扰源就是在数字电路信号传输中容易对其产生干扰的电子设备、元件以及信号等。在高频器件和电路中，应用的设备会产生电流和电压，这些电流和电压会出现不同程度的突发性变化，这样会对其他的电子元件产生干扰性影响，造成运行差错等问题[4]。常见的电子设备干扰会对数字电路信号的传输产生不同程度的影响，严重的会导致数字电路信号在传输过程中出现各种逻辑性误差问题。而常见的干扰源主要包括雷电、继电器以及高频时钟等。

2.2 主要传播路径

传播路径是导致干扰源传输信号受到干扰的传输媒介。一般情况下，信号传输产生干扰的传播路径主要包括磁空间辐射和导线等。在数字电路信号传输中，其路径越长，则意味着其受到干扰的概率越大。这些干扰因素会直接对传输路径产生不良影响，甚至会阻断传播路径，导致数字信号在传输中出现逻辑错误，直接降低了信号传输的稳定性，影响了信号的传输效率[5]。

2.3 信号敏感器件

敏感器件是干扰信号传输的重要因素之一。电子设备中包括了众多的敏感器件，而这些器件在整个数字电路中具有转换信息数据和采集数据的作用。这些敏感器件可以在一定程度上提高数字信号传输的精确性，增强整个电子设备传输的性能。但是受到敏感度等因素的影响，也会直接降低其抗干扰能力，导致设备稳定不足等问题[6]。

3.1 屏蔽技术

在数字信号传输过程中，屏蔽技术的作用就是分割屏蔽体中的电场、耦合以及空间磁场中的电磁场，实现对空间耦合通道的有效分离。整个过程中，为了有效减少耦合噪声问题，提高整体的抗干扰能力，则需要选择一个高效、良好的屏蔽和接地系统[7]。

（1）电场屏蔽。基于电学基础理论进行分析，无论何种形态的导体进入电场后，都可以应用电力线将其垂直在导体的表面结构上，同时不会穿过导体，因此在空腔中放置的物体不会受到各种外界因素的干扰和影响，这就是静电型屏蔽。基于此特征进行处理，可以避免电子信号和各种设备的导线传输受到干扰和影响。但是如果导体在处理中没有进行接地设置，其进入空腔后则会变为等电势，这样其数值也会在电场中出现不同程度的变化。这时如果将导体进行接地处理，则在空腔中的电势并不会出现变化，设备电场也不会对外界产生干扰和影响[8]。

（2）电磁场屏蔽。在数字信号传输处理过程中，屏蔽电磁场的主要目的是防治电磁场干扰电路。在基础理论的支持下，电磁场变化频次越高，其整体的辐射性能则越强。因此，在电磁场数字信号屏蔽处理中，分析屏蔽辐射干扰的同时也要分析屏蔽感应。

3.2 金属屏蔽线与双绞线技术

（1）双绞线抗干扰。控制双绞线磁场感应，临近回路会处于相同的导线中，当导线的总长度相同，特性阻抗在输入与输出相同时，则是其最理想的噪声控制状态。

（2）屏蔽线抗干扰原理。在屏蔽线应用处理中，屏蔽层与导线之间会分布大量的电容，进行外层的屏蔽处理时需要做好接地处理，这样可以有效提升整体的性能。反之，如果不进行接地处理则会导致屏蔽层和电容分布在导线中，出现干扰问题。在此环节中，应用屏蔽层一段接地的方式，可以有效控制两端接地干扰电阻压降的状况。

4.1 抑制干扰源

在设计处理中需要做好数字电路信号传输抗干扰技术的处理，对其设计时需要重点分析干扰源这一首要因素。为降低电压电流突然出现变化的概率，利用多种方式进行处理，有效减少各种干扰性问题。其常见的抗干扰方式主要包括了以下4 个方面。

（1）需要并联续流二极管元件和继电器线圈两侧，对其进行处理。合理设置火花控制电路装置，保障在继电器切断的同时可以有效抑制产生的反电动势干扰问题。为充分保障继电器在应用实践中不改变出现的动作和频次，可通过稳压二极管进行优化，有效提高整体效率，减少滞后性问题。

（2）做好滤波电路的科学设计。在处理中滤除高次谐波产生的干扰和影响，可以有效优化电机的运行电路。在实践中，结合自适应滤波器的抗干扰原理进行结构设计（如图2 所示），其主要构件为非递归型滤波器（Finite Impulse Response，FIR）、同相加法器以及移相器。

图2 自适应滤波电器硬件结构

（3）布置优化电路线可以有效控制高频干扰等问题，避免垂直走线，有效提高整体的稳定性能。

（4）在处理中要做好RC 抑制电路和可控硅电路的并联处理，这样可以在一定程度上降低各种噪声问题产生的干扰和影响。

4.2 合理控制干扰传播路径

一般情况下，单片机电路设计中最为常见的干扰源就是电源。通过在电源回路中添加2 阶滤波电路的方式进行处理，这样可以有效抑制电源干扰等问题。

在单片机的I/O接口中对电机类进行控制处理时，主要是通过隔离器、加入门电路以及光耦等方式实现隔离噪声源的目的。在处理中，最好保障数字电路中的大功率器件可以实现单独的接地处理，将其放置在电路板的边缘位置，可以有效避免对其他的元件产生干扰和影响。对数字电路进行设计时，在电源连接口等位置需要设计抗干扰器件和电源滤波器，这样可以有效提高电路系统的整体抗干扰性能。

4.3 增强元器件综合抗干扰性能

在数字电路设计处理中应用噪声容限相对较高的元器件。

（1）在处理中应用互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）集成电路可以提高数字电路整体的抗干扰性能，在处理中需要选择相同的抗干扰性能元器件。

（2）合理控制电路负载量。在实际电路中，如果负载量高于限制负载量，则会导致高电平无法满足实际需求，造成电路容量下降等问题。在此种状态下会直接影响设计电路，而其分布电容也会在一定程度对电路抗干扰性能产生影响，因此在处理中要保障电路或者控制端电平值合适。

（3）科学设计电源回路导线。电路系统的设计会用到大量的元器件，设计中有效减少回环面积，可以有效降低感应噪声。通过加粗电源回路导线的方式，可以在一定程度上控制回路产生的损耗性问题，抑制噪声等干扰因素。

4.4 电路设计抗干扰措施

（1）滤波法。如果在干扰源中出现了较高的毛刺频次，其脉宽相对较窄，则可以利用RC 积分电路消除存在的毛刺问题。

（2）时间选通法。通过延迟电路的方式进行处理，在双向或者单向稳定的电路结构可以实现时间选通电路，达到消除毛刺干扰的目的。

（3）同步控制法。同步控制法就是在处理中利用时序同步理论，对电路的状态进行翻转处理。在单个脉冲触发状态下，有效控制因传输延迟而造成的毛刺干扰问题。通过在总线驱动器中放置数据总线的方式，处理DA 和DB 中的数据，有效提高整体的抗干扰性能。

4.5 印制电路板科学布线

在进行数字电路的设计处理时，其中最为关键的是电路板印刷，其整体性可以直接影响电磁兼容性和抗干扰性能。一方面，明确元器件的主要位置，分离敏感元件与强干扰源。另一方面，实现地线与电源线的设置处理。在布置中根据实际状况适当增加线径的宽度，达到控制导线阻抗的目的，也可以利用闭环回路减小回路截面的方式进行处理，充分提高整体的抗噪声性能，这样可以提高地线信号的稳定性。

整个电路板的设计处理需要综合多种因素，系统分析。在相同的印刷板上会出现不同的电路系统，在设计中要保障功能相同的电路放置在接地线上，这样可以保障接地线中的电流在各个单元回路中流出，有效降低对其他元件产生的干扰和影响，充分提高电路的整体抗噪声性能。

在数字电路的应用中，各种干扰因素的存在会直接影响数字电路的无线电波效率和质量。在实践中为提高数字电路信号传输抗干扰技术的整体性能，需要综合其存在的问题，通过科学的方式进行处理，提高敏感期间的综合能力，才能有效提高数字电路信号的传输品质，进而为我国电子设备和通信技术的高品质发展奠定基础。

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