数字电路设计中的抗干扰技术研究
谢奕钊
摘要：随着社会科技的不断发展，数字电路设计受到了越来越多的重视，而数字电路的设计，就不得不考虑到干扰项目。对防干扰技术进行研究，能够最大化降低干扰，保证数字电路的正常运行。文章主要对数字电路设计中形成干扰的主要因素进行分析，并提出了数字电路设计中抗干扰的主要方法。
关键词：数字电路；抗干扰技术；主要因素；主要方法
数字电路的开发过程中必定会接触到各式各样的干扰因素，其中主要是受到硬件干扰。因此，在解决方法上主要采用的是抑制干扰源，切断干扰传播路径并提高敏感器件的抗干扰能力，使用软件降低对数字电路的干扰，对数字电路进行一定的补救，从而使得数字电路能够正常运行，推动数字电路设计技术的进步。
1数字电路设计中形成干扰的主要因素分析
在数字电路设计中，形成干扰的主要因素有3个：干扰源、传播路径和敏感器件。干扰源是指在电路中确定会产生一定干扰的元件、设备或者是信号。在实际操作过程中，雷电、电机和继电器等都可能成为干扰源，对电路形成巨大的干扰，并且在某些数字电路中是无法被去掉的。传播路径干扰是指在干扰源传播到敏感器件的通路或者是媒介遭到一定的干扰。传播路径的干扰通常难以控制，干扰性会随着传播路径的增加而有所增加。在实际操作过程中，空间的辐射、信号线等都会干扰传播路径。敏感器件是指某些容易被干扰的对象，包括单个设备或者分系统等，为了功能的需要，某些敏感器件的干扰是不可去除的。在实际操作过程中，主要指信号放大器、数字IC等。
2数字电路设计中抗干扰的主要方法分析
在数字电路设计中使用的抗干扰技术主要是抑制干扰源，切断干扰传播路径并提高敏感器件的抗干扰能力等方法。同时，在某些硬件设施难以达到的时候采用软件方法进行数字电路防干扰，最大化地减少干扰项目对数字电路的干扰，保证数字电路在使用过程中的安全，确保数字电路的正常运行。
2.1对干扰源进行主动抑制
抑制干扰源是抗干扰技术的主要方针，通过尽可能地减小干扰源受到的干扰，实现抑制干扰的作用。对干扰源进行主动抑制，主要是通过在干扰源两端并联电容和在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管。首先，为继电器线圈增加续流二极管，通过增加续流二极管实现对干扰的消除作用。其次，为续电器接点两端进行火花抑制电路的连接，以减小电火花对电路的影响。第三，为电机增加滤波电路，尽量使用减小引线的长度，增加电机的防干扰能力。第四，为电路板上的IC均接上一个高频电容，减小IC对电源的影响。同时，在布线过程中，同样要遵从使用较短引线的原则，以改善使用情况。第五，在实际布线过程中，应尽量采用直线布线，避免使用接近90度的折线。第六，为可控硅接上抑制电路，在防护可控硅的同时减小噪音干扰，对干扰源进行控制。
2.2对干扰传播路径进行选择性切断
传播路径型干扰主要分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰就是指在数字电路中通过导线传播到敏感器件时的干扰，主要辨别方式是通过导线。辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件时的干扰，主要辨别方式是通过空间辐射。2种干扰方式不同，但是对数字电路的干扰影响效果都相对较大。对于传播路径干扰，主要采用切断和隔离的方式进行控制。首先，考虑到电源对单片机的影响。一方面，要使用效用比较良好的电源，能够在很大程度上解决干扰问题。另一方面，可以给电源增加滤波电路，最大限度地减小电源的影响。其次，在单片机的选择上要选取干扰较小的接口，并注意做好隔离。第三，晶振和单片机之间的距离要尽量减小，通过良好的布线减小传播路径的干扰。第四，要注重对电路板进行合理的分区管理。在分区管理时应该尽量将干扰源和敏感器件分隔并达到一定的距离，保证整个电路系统的稳定。第五，将数字区和模拟区相隔离。在实际操作过程中，一定要注意使用地线将2个分区进行隔离，减小干扰。第六，大功率器件要使用独立地线。对于功率较大的地线通过单独接地，减小干扰。第七，在关键的接口要使用类似磁珠和滤波电路等必要的抗干扰器件。
2.3充分提高敏感器件的抗干扰能力
除了对干扰源进行主动抑制和对干扰传播路径进行选择性切断，还要充分提高敏感器件的抗干扰能力，从敏感器件方面尽量减小敏感器件对整个数字电路的干扰。第一，在布线的时候要尽量避免大面积进行回路环设计，通过缩短其面积来降低干扰。第二，在实际布线过程中，在电源线和地线的选取上以粗短为优，尽量降低干扰。第三，单片机中闲置的接口要在不改变系统逻辑的前提下做好接地或接电处理，尽可能避免悬空造成的干扰。第四，要使用好监控系统，保证单片机处于良好的工作状态。第五，尽量选取低速的数字电路，但是要保证速度能够满足实际工作中的要求，确保实际工作的可行性。第六，IC器件应该尽量直接进行焊接工作，尽量避免选用某些连接插座，从而减少干扰，保障数字电路的实际可行性。
2.4使用软件降低干扰
除了在硬件方面采取措施降低干扰，在抗干扰技术的使用上还要注重从软件方面出发，比如利用数字滤波技术、输入信号重复检测技术、输出端口数据刷新技术、软件拦截技术以及“看门狗”技术来降低干扰。
数字滤波技术是指在软件中对采集到的数据进行电磁兼容消除干扰的处理。一般来说，除了在硬件中对信号采取抗干扰措施之外，还要在软件中进行数字滤波的处理，以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数据能够真实地反映现场的工艺实际情况。数字滤波技术相对来说算法灵活，效果良好。
输入信号重复检测技术是指在输入信号过程中存在着输入干扰而又难以使用硬件进行抑制时，采用软件重复检测技术，从而最大限度地减少干扰。在重复检测过程中，如果信号一直变化不定，在达到一定程度时，可以给出相应的报警信号。输出端口数据刷新技术也是采用重复输出的方式降低数据干扰。通过数据的重复输出，从而使得正确信息能够在不断传输中跳过干扰。
软件拦截技术通过对程序运行过程中的“乱飞”现象进行拦截，使得程序摆脱软件程序的“死循环”，最终使得运行通过正常程序进行，保证了程序的有效性和稳定性。
“看门狗”技术是数字电路中的重要抗干扰技术。由于软件拦截技术存在一定的局限性，对某些难以控制的程序“乱飞”现象无法正确地拦截，程序也就难以摆脱“死循环”。而通过“看门狗”，能够对程序进行良好的监控。当程序受到干扰发生混乱时，由于程序逻辑已经受到了破坏，程序在混乱的情况下无法对“看门狗”进行设置，进而导致看门狗定时溢出，导致系统重新运行，摆脱瘫痪状态，保持良好的系统运行。
3结语
随着现代社会和科技的飞速发展，在通信、信息处理上更多地采用处理速度快、处理效果佳的数字电路。但是在数字电路的使用过程中，经常会受到来自各种干扰项的干扰，从而影响着数字电路的正常使用。因此，在数字电路的设计过程中，一定要对数字电路的干扰项进行仔细研究，通过对干扰源进行主动抑制，对干扰传播路径进行选择性切断，充分提高敏感器件的抗干扰能力，并在某些硬件措施难以进行干扰控制的时候使用软件降低干扰，从而避免数字电路设计中受到干扰，推动数字电路的进一步发展。
