武漢科技大學(xué) 信息學(xué)院 李德芳

電子電路可靠性及抗干擾措施研究

武漢科技大學(xué) 信息學(xué)院 李德芳

一、電子電路干擾的分類

1. 元器件內(nèi)部干擾。內(nèi)部干擾主要是指電路本身所產(chǎn)生的干擾。內(nèi)部干擾來源主要有下面幾個(gè)方面：內(nèi)部組件相互干擾；元器件的噪聲干擾；內(nèi)部線路的布局不妥造成的干擾；脈沖干擾；級(jí)間反饋干擾等。這些干擾主要是由于元器件接觸不良、布局不當(dāng)、耦合形成的。尤其是噪聲干擾，基本上所有的電子元器件的本身都存在著固有的噪聲，例如，電子元器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，造成元器件的參數(shù)隨著溫度的波動(dòng)而變化形成的熱噪聲，還有一些交流噪聲、接觸噪聲等。

2. 外界自然干擾。自然干擾是無法避免的，但是，在設(shè)計(jì)安裝的過程中可以加以控制。自然干擾主要體現(xiàn)在自然現(xiàn)象，例如，雷雨天的閃電、雷擊，宇宙射線造成的輻射，地球的輻射等。但是，這一類干擾主要是對(duì)一些通信、導(dǎo)航等設(shè)備有較大的影響，對(duì)于一般設(shè)備則不用過多考慮。

3. 人為干擾。人為干擾主要表現(xiàn)為噪聲干擾和工業(yè)干擾。工業(yè)干擾中主要就是高頻加熱、脈沖電腐蝕所造成的磁場(chǎng)干擾。人為的噪聲干擾中包括一些工業(yè)干擾，例如，各類電器設(shè)備所引起的電火花所產(chǎn)生的噪聲干擾，電暈放電所產(chǎn)生的噪聲等。這類干擾也是不可避免的，也是最主要的一類噪聲源。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝過程中要做好防范措施。

4. 電磁場(chǎng)的干擾。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，大功率的電氣設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)及高壓高頻電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電場(chǎng)都將產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾信號(hào)。電磁干擾又分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾主要是電磁沿著電源線或信號(hào)線傳輸過程中所產(chǎn)生的干擾。例如，設(shè)備的電磁能量沿著設(shè)備之間的連線傳輸?shù)狡渌O(shè)備時(shí)所造成的干擾，及設(shè)備內(nèi)部通過公共電源線所造成的內(nèi)部干擾等。輻射干擾，是電磁在空間傳播過程中所造成的干擾。例如，電源電路、控制電路等在一定條件下都可能造成輻射干擾。

二、電子電路抗干擾措施

1. 抑制干擾源。在電子電路中有一部分的干擾是可以在干擾源處就采取措施使其消除或?qū)⑵湟种频?，但有些干擾是無法在干擾源處將其消除的。而對(duì)于一些能抑制干擾源的干擾，通常采取在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，減小電火花影響；給電機(jī)加濾波電路；布線時(shí)避免90°折線,減少高頻噪聲發(fā)射；還有一些噪音干擾，可采取對(duì)工作線圈增加電磁屏蔽磁場(chǎng)噪聲來進(jìn)行抑制等。

2. 設(shè)計(jì)中加強(qiáng)印制板的可靠性和抗干擾性。

（1）印制導(dǎo)線的設(shè)置。導(dǎo)線的銅箔厚度、寬度和長(zhǎng)度，直接影響著電阻和電流。相鄰導(dǎo)線的間距也直接影響著線間的串?dāng)_。所以，在布置中要做到合理有效。由于導(dǎo)線種類太多，所以在這里只針對(duì)性地進(jìn)行淺談。專業(yè)人士都知道，導(dǎo)線最小寬度和間距一般不小于0.2 mm，在布線密度允許時(shí)，可適當(dāng)?shù)胤艑挕?duì)于電路中的主要信號(hào)線，最好使其匯聚在板中央，力求靠近地線。切記在設(shè)計(jì)信號(hào)線的走向時(shí)，不可設(shè)計(jì)成直角或者更小角度的形狀。在布線時(shí)，要力求最短。相鄰布線面導(dǎo)線采取相互垂直、斜交或彎曲走線的形式，以減小寄生耦合。數(shù)據(jù)總線常載有高頻電流，所以在布線時(shí)應(yīng)每?jī)筛盘?hào)線之間夾一根信號(hào)地線。而地線和電源線在布線時(shí)很難縮短長(zhǎng)度，所以，在允許的情況下，盡量加大布線的寬度。

（2）電源線與地線的設(shè)置。電源線和地線的布置，將影響信號(hào)間的公共組抗干擾。接地是控制干擾的重要方法。接地分為一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地，在低頻電路中，信號(hào)工作頻率小于1 MHz，電感影響較小，所以采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10 MHz時(shí)，地線阻抗變大，這時(shí)就應(yīng)該降低地線阻抗，所以采用多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率為l～10 MHz 時(shí)，要考慮地線的長(zhǎng)度和波長(zhǎng)，當(dāng)?shù)鼐€的長(zhǎng)度不超過波長(zhǎng)的1/20時(shí)，采用一點(diǎn)接地，否則采用多點(diǎn)接地。地線應(yīng)該較粗，這樣電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)才會(huì)穩(wěn)定，才不會(huì)破壞抗噪聲性能。

（3）器件的布置。器件的布置將影響導(dǎo)線的公共阻抗及空間電磁場(chǎng)的干擾。如若器件布置不當(dāng)，將引發(fā)干擾因素。所以在布置器件時(shí)應(yīng)將輸入輸出端布置在電路板的兩端，并且在輸入輸出端放置緩沖器，這樣可以有效地用于板間信號(hào)傳送，有效地防止噪聲干擾。電路中相互關(guān)聯(lián)的器件應(yīng)該盡量靠近，縮短導(dǎo)線的長(zhǎng)度。工作頻率接近或電平相差大的器件在布置時(shí)要盡量相差較遠(yuǎn)，以免相互干擾。

3. 在傳播途徑中進(jìn)行控制。有些干擾不能在干擾源處直接給予消除或抑制，但可以根據(jù)其傳播特點(diǎn)，采取各種措施將傳播削弱或者切斷，讓干擾在沒有到達(dá)電子電路前就被抑制在傳播的途中。這種方法通常采用地線把數(shù)字地與模擬地分離，最后在一點(diǎn)接于電源地；在電源線、電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件；電路板合理分區(qū)；單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地,以減小相互干擾；還有一些噪聲干擾，可以通過加入去耦電路來抑制或采取盡可能降低公共阻抗和一點(diǎn)接地的方法來消除公共阻抗耦合，從而使干擾降到最低等。

4. 提高電源系統(tǒng)抗干擾能力。抗干擾的最終目的就是保證電路的工作穩(wěn)定性和可靠性。所以，抗干擾最直接、有效的方法就是在設(shè)計(jì)電路時(shí)，適當(dāng)?shù)丶尤肟垢蓴_的器件或者提高敏感元器件的抗干擾能力。例如在電路中運(yùn)用濾波器衰減特定頻帶的噪聲，加入屏蔽線可以減小電場(chǎng)耦合噪聲對(duì)電路的干擾；采用高穩(wěn)定度、低輸出阻抗直流電源，以減小電源開啟、切斷時(shí)瞬時(shí)過電流的沖擊，并縮短瞬時(shí)過電流沖擊時(shí)間等。

三、結(jié)論

總之，電子電路受干擾的途徑及來源很多，而且電子電路可靠性和抗干擾能力涉及許多知識(shí)學(xué)科，含有很豐富的內(nèi)容，很難進(jìn)行全面的討論，而且它也不是單純的理論就能解決的，抗干擾措施是在實(shí)踐工作中累積的。并且，電子電路的抗干擾性是在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行的各個(gè)階段都必須重點(diǎn)考慮的工作，只有做到全面顧及，才能保證整個(gè)電路系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。