王超

摘要：電子電路運(yùn)行過程總會(huì)出現(xiàn)各種干擾情況，這些干擾嚴(yán)重影響了電子電路工作效能，這就需要通過抗干擾技術(shù)增加電子電路的使用壽命，提高電子電路的抗干擾能力，進(jìn)而保證電子電路安全、穩(wěn)定地運(yùn)行?；诖耍恼陆Y(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究了電子電路干擾類型及電子電路設(shè)計(jì)中抗干擾技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：抗干擾技術(shù)；電子電路設(shè)計(jì)；干擾類型；應(yīng)用分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.040

中圖分類號(hào)：TN 973.3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-0-03

Application of Anti-interference Technology in Electronic Circuit Design

WANG Chao

（Tianjin Jihao Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300000， China）

Abstract： Various interference situations always occur during the operation of electronic circuits， which seriously affect the working efficiency of electronic circuits. This requires the use of anti-interference technology to increase the service life of electronic circuits， improve their anti-interference ability， and ensure the safe and stable operation of electronic circuits. Based on this， this article combines relevant literature to study the types of electronic circuit interference and the application of anti-interference technology in electronic circuit design.

Key words： anti-interference technology; electronic circuit design; interference type; application analysis

1? ?電子電路設(shè)計(jì)中的干擾類型

1.1 機(jī)械干擾和熱干擾

（1）機(jī)械干擾。將電子電路應(yīng)用于各種電子元器件及生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備時(shí)，各種元器件與生產(chǎn)制造設(shè)備的接觸會(huì)產(chǎn)生摩擦和不均勻振動(dòng)，如果摩擦力度和振動(dòng)力度過大會(huì)導(dǎo)致電子元器件位移、變形，并使設(shè)備加工參數(shù)出現(xiàn)異常，從而降低元器件加工質(zhì)量及精度，最終給電子電路造成嚴(yán)重的機(jī)械干擾，例如，在機(jī)械干擾下電子電路系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀表等都會(huì)出現(xiàn)故障。

（2）熱干擾。也是電子電路運(yùn)行中最常見的干擾類型之一。眾所周知，電子電路系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這不僅會(huì)使內(nèi)部元器件參數(shù)發(fā)生變化，還會(huì)因?yàn)闊崃吭黾訉?dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，從而增加各種安全問題發(fā)生率。

1.2 光干擾和濕度干擾

（1）光干擾。電子電路設(shè)計(jì)中還需對(duì)電子電路系統(tǒng)中半導(dǎo)體、電子元器件等的摻雜性、熱敏性、光敏性、負(fù)電阻率等進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量及計(jì)算，以確定最佳參數(shù)，減少熱、光等對(duì)電子電路造成的干擾。但部分設(shè)計(jì)人員并沒有結(jié)合實(shí)際去分析電子電路的摻雜性、熱敏性、光敏性，也沒有計(jì)算出對(duì)應(yīng)的精準(zhǔn)參數(shù)，導(dǎo)致電子電路系統(tǒng)中的半導(dǎo)體元器件極易受到外界光線的干擾，從而激發(fā)出空穴電子對(duì)，使半導(dǎo)體元器件阻值發(fā)生異常，最終影響電子電路系統(tǒng)正常運(yùn)行^[1-2]。

（2）濕度干擾。環(huán)境濕度也是電子電路系統(tǒng)運(yùn)行的主要影響因素，所以在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)需要考慮濕度干擾問題，盡可能為電子電路系統(tǒng)搭建良好的運(yùn)行環(huán)境。但在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，部分設(shè)計(jì)人員并不重視環(huán)境濕度檢測(cè)等工作，導(dǎo)致濕度過大或者過小，從而對(duì)電子電路產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致電子電路絕緣電阻性能下降，增加漏電、電子元器件銹蝕等問題發(fā)生率。

1.3 電磁干擾

電磁干擾是發(fā)生率最高的干擾類型，因?yàn)樵陔娮与娐吩O(shè)計(jì)及搭建過程中會(huì)應(yīng)用很多產(chǎn)生電場(chǎng)及磁場(chǎng)的電工電子技術(shù)及產(chǎn)品，如果不及時(shí)采取有效的電磁抗干擾措施，不僅會(huì)增加電子測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差，還會(huì)產(chǎn)生其他干擾，包括噪聲干擾及熱干擾等。以計(jì)算機(jī)電子電路設(shè)計(jì)為例，很多電路設(shè)計(jì)人員習(xí)慣性將外設(shè)部件互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)（PCI）總線與芯片組連接，并使用33.3 MHz的頻率去設(shè)置同步時(shí)鐘，這樣雖然能夠確保總線與芯片基礎(chǔ)頻率同步，但也會(huì)產(chǎn)生一系列的諧波頻率，如果頻率控制在≤33.3 MHz的范圍內(nèi)一般不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，如果頻率＞33.3 MHz則會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

1.4 噪聲干擾

包括外界環(huán)境噪聲干擾、電子電路固有噪聲干擾兩種類型，外界噪聲干擾源包括電子元器件本身與電子設(shè)備摩擦產(chǎn)生的噪聲、電子電路系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲等；電子電路固有噪聲包括電子元器件產(chǎn)生的隨機(jī)性寬頻帶噪聲、電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲、接觸性噪聲（空穴電子對(duì)形成的噪聲）等，其中電阻熱噪聲是電子電路系統(tǒng)在電源斷開狀態(tài)下產(chǎn)生的，因?yàn)殡娫磾嚅_狀態(tài)下電阻兩端會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓，使電子產(chǎn)生無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)；半導(dǎo)體散粒噪聲則因?yàn)榱鬟^半導(dǎo)體的電流出現(xiàn)隨機(jī)性漲落而產(chǎn)生；接觸噪聲則是因?yàn)殡娮釉骷g的縫隙導(dǎo)致電導(dǎo)率波動(dòng)較大，從而導(dǎo)致噪聲發(fā)生^[3]。一般而言，只有同時(shí)有干擾源、耦合通道和接收電路時(shí)才會(huì)形成噪聲干擾，如圖1所示。

1.5 電網(wǎng)干擾和信號(hào)通道干擾

（1）電網(wǎng)干擾。發(fā)電廠輸出來的是交流電，而在電子電路中使用的是通過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理得到的直流電源。所以整個(gè)處理過程中很容易受干擾信號(hào)影響，進(jìn)而影響電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）信號(hào)通道干擾。測(cè)量、控制、通信一旦出現(xiàn)在距離較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)間時(shí)，就會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)中的輸入輸出信號(hào)線，且兩線間距較近，信號(hào)在線內(nèi)傳遞時(shí)會(huì)受周邊磁場(chǎng)的干擾，兩個(gè)信號(hào)線距離過近也會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_，甚至?xí)艿鼐€干擾，進(jìn)而影響傳輸信號(hào)，造成電路無法正常運(yùn)行^[4]。

2? ?電子電路設(shè)計(jì)中抗干擾技術(shù)的應(yīng)用

2.1 屏蔽抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

該技術(shù)主要包括電場(chǎng)屏蔽技術(shù)、磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)以及電磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)。電場(chǎng)屏蔽是根據(jù)靜電學(xué)原理使各導(dǎo)電體始終處于靜電平衡狀態(tài)，從而有效隔離電場(chǎng)；磁屏蔽的原理是通過改變干擾磁場(chǎng)的磁路，來切斷磁場(chǎng)干擾信號(hào)的傳輸通道；電磁屏蔽的原理在于使用導(dǎo)電性能較好的屏蔽罩包裹易受干擾的電子電路（見圖2）。

2.2 接地抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

主要包括單點(diǎn)接地技術(shù)、多點(diǎn)接地技術(shù)以及混合接地技術(shù)^[5]。不同接地抗干擾技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)如下：

（1）單點(diǎn)接地抗干擾技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。單點(diǎn)接地方式只有一個(gè)基準(zhǔn)接地點(diǎn)，需要將電子產(chǎn)品各個(gè)級(jí)別單元電路的地線與同一點(diǎn)連接，避免電子產(chǎn)品運(yùn)行過程中發(fā)生環(huán)地形回響，適合低頻電路。

（2）多點(diǎn)接地抗干擾技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。也可以理解為串聯(lián)接地抗干擾技術(shù)，主要是選擇寬銅皮鍍銀為接地母線，然后把每一個(gè)電路單元的地線與就近的地平面相接，接地時(shí)要控制線長(zhǎng)度，以降低阻抗，避免阻抗對(duì)電子產(chǎn)品的影響，適合高頻電路^[5]。這種技術(shù)從表面來看缺乏合理性，但因操作手法相對(duì)簡(jiǎn)單，所以在電路板的設(shè)計(jì)印刷中有著較為普遍的應(yīng)用（多點(diǎn)接地見圖3）。

（3）混合接地抗干擾技術(shù)。指單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地結(jié)合，這就需要機(jī)械地線與功率地線相互連接，成為一個(gè)整體，然后將其與各自應(yīng)該連接的地線連接。最終連接在機(jī)殼上，避免干擾因素對(duì)電子產(chǎn)品的影響^[6]。混合接地抗干擾技術(shù)的主要作用是防止大功率電流在流過地線回路時(shí)對(duì)小信號(hào)電路產(chǎn)生的影響，適用于復(fù)雜龐大的電路系統(tǒng)。第四，多點(diǎn)接地的抗干擾技術(shù)。

2.3 電網(wǎng)抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在接通電網(wǎng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等電路形成的直流電源后，電動(dòng)機(jī)會(huì)被快速啟動(dòng)，然后產(chǎn)生負(fù)載突變，使交流電源線與地之間產(chǎn)生高頻干擾電壓，進(jìn)而產(chǎn)生高頻電流，待放大電路和穩(wěn)壓電流后又通過地線回到電網(wǎng)中^[7]。高頻電流具有極強(qiáng)的流動(dòng)性，電流通過的地方都會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，例如高頻電流通過導(dǎo)線、變壓器時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流及電壓就會(huì)發(fā)生流動(dòng)，然后干擾變壓器，進(jìn)而嚴(yán)重干擾電子電路。電網(wǎng)抗干擾技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，在電源變壓器一次線圈、二次線圈中添加屏蔽層，并保證屏蔽層能良好接地，以此減少分布電容值，這樣高頻電流在一次線圈流經(jīng)屏蔽層再流回地線，避免對(duì)后續(xù)電路的干擾。第二，加裝電源濾波器（見圖4）在直流穩(wěn)壓電流的交流進(jìn)線端，以此對(duì)高頻電流干擾進(jìn)行過濾。第三，將直流地線與交流地線隔離，然后交流地線接地，避免交流干擾傳入公共地線，減少干擾^[6]。第四，加載T濾波器，通過濾波器能有效阻止固定頻率干擾信號(hào)進(jìn)入電子電路，避免接收器同時(shí)接收有用信號(hào)和干擾信號(hào)。

2.4 雜散電磁場(chǎng)抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

針對(duì)雜散電磁場(chǎng)干擾主要有以下兩種方法：第一，合理布局。在電子電路設(shè)計(jì)中，分布參數(shù)極為重要，直接關(guān)系被測(cè)電路元器件布置的科學(xué)性、合理性。因此布線時(shí)要盡量避免平行走線，最好分開走線并且長(zhǎng)度不要太長(zhǎng)，避免干擾情況出現(xiàn)。第二，屏蔽。屏蔽通常分為磁屏蔽和靜電屏蔽兩種。主要是通過采用電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率較高的物質(zhì)制做的屏蔽罩罩住干擾源或者易受干擾元器件，并進(jìn)行接地處理，其原理是將干擾電流引入屏蔽罩并傳入地下。

2.5 信號(hào)通道抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

可采用光電耦合傳輸方式、雙絞線傳輸方式來傳輸信號(hào)，這兩種信號(hào)傳輸方式都能夠有效抑制空間電磁干擾。光電耦合傳輸方式、雙絞線傳輸方式的應(yīng)用原理不同，其中雙絞線傳輸方式的原理是利用雙絞線將電子電路中每條線上所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相互抵消，而且信號(hào)電流在兩條線上會(huì)呈現(xiàn)出相等狀態(tài)且傳輸方向相反，所以對(duì)其他信號(hào)感應(yīng)性較低，能有效抑制串?dāng)_，從而達(dá)到消除信號(hào)干擾目的；光電耦合傳輸方式的原理是利用二極管、光敏三極管傳輸信號(hào)，并在傳輸過程中以絕緣的方式將二極管、光敏三極管密封在一起，以此來抑制各種噪聲和尖峰脈沖，從而提高電子電路的抗干擾性能。

3? ?結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們的日常生活工作中已經(jīng)離不開電子產(chǎn)品。但在實(shí)際使用中，電子產(chǎn)品容易受各方面干擾因素影響，導(dǎo)致工況不穩(wěn)定。作為電子電路設(shè)計(jì)人員，不僅要了解各種電子電路干擾類型，還需要科學(xué)運(yùn)用抗干擾技術(shù)，解決電子電路干擾問題?；诖耍疚南葟臋C(jī)械干擾、熱干擾、光干擾、電磁干擾、電網(wǎng)干擾、信號(hào)通道干擾等方面分析電子電路干擾類型，然后從屏蔽抗干擾技術(shù)、接地抗干擾技術(shù)、地線抗干擾技術(shù)、雜散電磁場(chǎng)抗干擾技術(shù)、信號(hào)通道抗干擾技術(shù)等方面分析了抗干擾技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，希望對(duì)促進(jìn)電子電路優(yōu)化設(shè)計(jì)、推動(dòng)我國(guó)電子電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極作用。

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作者簡(jiǎn)介：王? 超（1986-），男，河南淮陽人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)殡娮与娐吩O(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。