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摘要：当数字电路信号受到干扰时，逻辑电平反演会导致严重的逻辑错误。因此，本文对数字电路信号传输过程中的干扰进行具体分析，提出了抗干扰的方法，以期有效调整数字信号的形状变化趋势和形状波动幅度，提高数字电路信号传输的抗干扰能力。
关键词：数字电路；信号传输；抗干扰技术；分析
Research on Anti-interference Technology of digital circuit signal transmission
Zhang Zheqi
(Baotou Railway Vocational and technical college，Baotou Inner Mongolia,014060)
Abstract:When the digital circuit signal is disturbed,the logic level inversion will lead to serious logic errors.Therefore,this paper analyzes the interference in the process of digital circuit signal transmission,and puts forward anti-interference methods to effectively reduce the shape change trend and shapefluctuation amplitude of digital signal,so as to improve the anti-interference ability of digital circuit signal transmission.
Key words:digital circuit;signal transmission;anti interference technology;analysis
一、引言
数字电路是集成电路中最重要的逻辑电路之一。数字电路信号的稳定性远高于模拟信号，能够有效地对抗传输过程中各种因素的干扰[1]。同时，数字电路对参数的要求低但逻辑可靠性高，因此，数字电路信号可以通过硬件手段进行长期存储。这极大降低了信息处理对存储设备的要求，方便了计算机中的数据处理。这些优点使得数字电信号得到广泛的应用。然而，电子器件的电磁场变化和电子设备电路设计缺陷会影响数字电路信号的传输。因此，提高数字电路信号传输的抗干扰能力是确保数据传输的必要条件。
二、数字电路设计中出现干扰的原因
数字电路信号传输过程中的主要干扰源于干扰源、传播路径和信号控制装置。随着电子信息技术的快速发展与智能终端的广泛运用，日常生活中可以作为信号干扰源的电子设备越来越多，这直接影响了数字电路中信号的逻辑水平，造成了信号传输过程中的逻辑误差[2-3]。数字电路中的信号传输手段和传输介质可以对数字电路中的信号造成干扰。通常，数字电路中的信号传播路径越长，就越有可能产生干扰。阻断数字电路中的信号传播路径会造成数字信号初选逻辑混淆，降低数字电路的稳定性。电子设备中有多种灵敏元件，这些元件虽然能够有效提高数字信号的精度及电子设备性能，但是也会降低设备的灵敏度，不利于设备的稳定运行。
三、数字电路设计中的主要抗干扰方法
数字电路设计中应用的干扰抑制方法主要包括干扰源的抑制、干扰传播通道的重叠及敏感器件抗干扰。同时，某些硬件不可用时技术人员能通过使用软件避免硬件在数字电路中产生干扰，有效地减少数字电路中存在的干扰，为数字电路在使用过程中的安全提供保障，使数字电路正常运行。
(一)主动抑制干扰源
干扰源抑制是消除干扰的基本策略。主动抑制干扰源法是通过最大限度地减少自然源干扰来实现干扰抑制。对有源干扰源进行抑制时，电路开发人员使干扰源两端实现并联电容，沿干扰源回路对电感或阻抗进行连接，并添加辅助二极管来实现干扰抑制，具体步骤如下：第一，在继电器线圈中加入连续电流二极管，然后运用连续电流二极管消除干扰；第二，当继电器的触点之间出现连接火花时，需要对电路进行抑制，这能有效减小火花对电路造成的不利影响；第三，在电机中加入滤波回路，尽可能地缩短导线长度，提高电机的抗干扰能力；第四，将高频电容连接于IC板，有效降低IC对电源造成的不利影响，同时，在安装过程中需要按照使用最短电线的原则，以提高电路使用率；第五，在布线的过程中，运用直线布线方式；第六，在连接晶闸管制动电路、保护晶闸管的同时，降低噪声干扰，控制干扰源。
(二)选择性重叠干扰传播路径
传播路径类型干扰一般包括传导干扰及辐射干扰。传导干扰主要是敏感设备在数字电路中使用导线实现线路传输产生的干扰。辐射干扰则是通过宇宙辐射传递给敏感设备的干扰，该类干扰可通过宇宙辐射对其进行识别。两种干扰虽然存在不同，但是都对数字电路有较强的影响。在分发失败的情况下，控制主要通过锁定和隔离来实现，其具体步骤如下。第一，探讨电源对微调器的影响。一方面，利用高效能源可以在一定程度上解决干扰问题。另一方面，添加过滤电路能够有效减少电源产生的影响。第二，在对单片机进行选择时，技术人员需要选择干扰性较小的接口，并做好隔离。第三，有效缩短石英振荡器与单片机之间的距离，运用良好的布线有效减少传播路径的干扰。第四，对分区进行合理划分。在分区控制中，应最大限度地去除干扰源及敏感器件，确保电路的稳定性。第五，将数字字段与模拟字段分开。在实际操作过程中，相关人员需要使用接地导线将两个隔板分开，减少干扰。第六，大型安装必须与接地隔离，分别连接大功率接地线路，减少干扰。第七，在主接口中必须使用必要的抗干扰装置，如磁珠、滤波电路等。
(三)提高敏感设备的抗干扰能力
在数字电路设计中，电路开发人员需要提高敏感设备的抗干扰能力，减少敏感设备对数字电路造成的干扰。其具体措施如下：第一，通过缩小干扰面积，避免导线中回路的大规模闭合；第二，在实际布线过程中，可以使用非常厚的短路电源线与接地线，以此有效减少干扰；第三，对单片机的自由接口，技术人员需要在系统逻辑不改变的情况下实现接地与连接，有效避免静态压缩造成的干扰；第四，通过对控制系统的合理使用，确保单片机始终处于良好状态；第五，使用低速数字电路，但还需确保其速度能够满足实际运行的要求，并保证实际运行的可能性。第六，开发人员需要在避免IC仪器连接某些插座的同时，尽可能快地完成焊接，以减少干扰，提升数字电路的实用性。
(四)使用软件减少干扰
除减少硬件干扰的措施外，抗干扰方法还包括数字滤波技术、输入重复检测技术、输出端口数据更新技术、软件锁定技术和“看门狗”技术等软件方法。数字滤波方法是指在软件中对电磁兼容性进行处理，有效消除数据采集时的干扰。一般来说，除在硬件上采取抗干扰措施外，技术人员还需进一步消除数据相关干扰，并确保收集的数据能反映实际过程，对软件进行数字过滤。
数字滤波方法具有相对灵活的算法和良好的效果。如果研究人员难以用硬件手段抑制处理输入信号时产生的输入干扰，就需要采用输入信号重复测量的方法进行抑制干扰。如果在迭代过程中信号发生变化，当其达到一定级别时，系统就可以及时进行预警。此外，数据更新技术的输出端口通过运用重复输出，能够有效地减少干扰，重复数据输出可使信息进行连续传输，以此避免干扰。软件锁定技术是指在程序运行过程中阻断“飞机”现象，使程序消除软件的“死循环”，最终通过常规程序提高效率的软件方法。“看门狗”技术是数字电路中关键的抗干扰技术。由于软件锁定的技术限制，该技术无法正确锁定一些与“飞行”相关的非托管程序。而“看门狗”可以很好地控制程序，使程序无法设置“watch”，以避免在程序逻辑被破坏和发生故障时出现混淆。因此，“看门狗”会出现时间溢出情况，导致系统重新运行，并进行故障排除。这样一来，即使在瘫痪模式下，系统也能良好运行。
(五)电路板设计中的抗干扰措施
第一，印刷电路板衬垫。印刷电路板的重要性不言而喻，它可以形成数字电子。在一般情况下，电导外部干扰对电路的影响不大，辐射干扰对电路的影响也不大。在印刷电路板中，电路部分不受干扰。在实际应用过程中，技术人员应通过两种方式尽量减少照射。一种是电路板的传输，另一种是辐射。
第二，合理设置解耦电容。在实际应用过程中，一些干扰源，如RAM、ROM等存储设备对噪声的屏蔽能力较弱，这需要在芯片电源线与地面之间直接耦合解耦电容。同时，电容器的输出需要适度，如果是高频侧通道容量，那么在实际应用过程中就需要检查是否有输出。
第三，特殊设备的处理。在实际应用中，为了有效地降低噪声，提高系统抗干扰能力，技术人员必须尽可能选择频率小于一台机器的外部时钟。需要注意的是，信号传输过程中通常会出现失真现象，为了彻底解决这个问题，相关工作人员要注意印刷板上的信号传输形式及印刷电路板和零件的高频特性。一般高频信号的阻抗反射会影响导体的配电容量。在实际应用中，当导体长度比较大时，选择范围应大于1/20。无线效应会导致其出现与噪声频率相对应的波。
第四，组件布局。在实际应用过程中，有些零件尺寸相对较大、热量较高，因此，不能被安装在印刷电路板上，但可以安装在电路板底座上。在部署可调元件时，如电位计、可变电容器等，技术人员应考虑整机的配置。在实际操作中，可能会出现机器需要及时被调整的情况，因此，调制器必须位于易于调节的位置。当需要根据调节器按钮调整扫描位置时，容易受干扰的元件之间需要保持一定的距离。输入元件与输出元件的距离需要尽可能大，以避免高频元件之间发生耦合。如果在实际应用过程中存在能够产生电位差的元素，那么这一元素可能是导体。在这种情况下，为防止放电现象引起的意外短路，技术人员在调整位置时应增加导体之间的距离。
(六)噪声干扰抑制措施
一是电源与地面噪声的抑制。电力供应中的干扰抑制是干扰设计的重要原则。当电源进入系统时，噪声会被添加到电源中，甚至来自网络的强干扰也会通过频率噪声进入电路。事实上，DVD上使用的电源控制是基于线性电源、高压开关和低压开关实现的。电源干扰抑制旨在最大限度地减少DU/DT干扰源。DU/DT干扰电平主要通过干扰源两端的并联电容器来减少干扰。为减少DI/DT干扰源，技术人员可以在干扰源电路中连接电感或电阻，并添加飞轮二极管。联合行动包括以下五点。
第一，电力滤波器需要安装在电力变压器的前端。该电力滤波器具有良好的共模和串联模式噪声抑制能力，能够阻断外部和内部的脉冲噪声干扰。
第二，用开关电源替代线性电源，提升整机性能。这需要对贴片元件进行选择，尽量缩短元件的引线长度，减少元件分布电感出现的影响。
第三，在VDD和VOC电源终端中，滤波电容器应尽可能地靠近设备，以缩短开关电流的流动路径。钽电解电容器可被用于生产高速数字IC能源的电解电容器取代，如MPEG、租用的MPEG微处理器、DRAM及SDRAM等。
第四，对多个模块化混合电路，VDD和VOC必须连接到VOC、AGND和DGND的模拟电源。基于BB、飞利浦、Alpine等实验结果，为了向信号源提供数字噪声或能量，技术人员必须使用环路来减少数字设备噪声对模拟电路的影响，并提高动态性能。针对设备承兑交单的特点，技术人员需要结合MPEG数字电源(VDD)及DVD播放器模拟电源(VOC)的噪声电平测量结果，此时叠加在能量上的噪声电平较小，VOC噪声电平几乎相同，数字电源的噪声电平(VPP=85MV)远远超过模拟电源的噪声电平，说明这个扇区的干扰脉冲主要由数字信号产生。
二是反射干扰噪声的抑制。向DSP输出添加适当的电阻，使得波束线与扁平线的特性阻抗基本结合在一起，使得发射机的阻抗也基本上结合在一起，能够弥补数字信号脉冲的增加或下降方面的不足。将连接线的长度降低到1以下可以减少波形的失真现象，也能对DSP波形进行改善。该方法已被广泛应用于数字集成电路芯片制造中的匹配网络和输入输出保护。这种匹配方法能够对终端波形进行改善，当同一台机器上具有较多的负载时，可以实现最佳匹配，并且可以有效抑制超车脉冲。在系统中添加星形电路可以减少由连接线不兼容引起的干扰噪声。需要注意的是，星形电路通常在输入之前添加，这能使信号不会发生新的变化。
四、结语
数字电路的高度集成及其与许多智能半导体集成器件的结合已成为一种主流趋势。但是，高度集成容易使其受到仪器间信号干扰的影响，导致工作误差较大。为了确保电子设备即使在某一功能出现故障时也能稳定工作，电路开发人员就要加强对数字电路抗干扰性能的研究。数字电路抗干扰的方法复杂而重要，每个电路开发人员都不能忽视它们的重要性，需要对其进行不断探索。
【参考文献】
[1]范舒颜.基于PCB的数字集群通信系统抗干扰电路设计[J].电子设计工程，2020(14).
[2]杨涛，李成文，陈国，范超.机载计算机高速数字电路系统的硬件抗干扰设计[J].大众科技，2015(06).
[3]谢嘉威.探析数字电路设计中的抗干扰技术[J].中国新通信，2019(12).
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