数字电路设计的抗干扰考虑

在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：
  （1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
  （2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
  （3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
   抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 
1 抑制干扰源    抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。
   减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
   抑制干扰源的常用措施如下：
  （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰，见图1。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
  （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响，见图2。
  （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短，见图3。
  （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μFwww.pcbdate.cn高频电容，以减小IC对电源的影响，见图4。注意高频电容的布线，图a和图b的效果相差很大，图c比图b的效果更好。图a的布线增大了电容的等效串联电阻，影响了滤波效果。
  （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射，见图5。
  （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。
2 切断干扰传播路径
   按干扰传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
   所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。
   切断干扰传播路径的常用措施如下：
  （1）充分考虑电源对单片机的影响，电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半，见图6。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。其中L为磁珠，也可用100Ω电阻代替。
  （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离，见图7。其中L为磁珠，也可用100Ω电阻代替。
  （3）注意晶振布线，见图8。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。
  （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离，见图9。
  （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后接于电源地，见图10。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。
  （6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘，见图11。
（7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰