中科大數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)課件——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

1、,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,第11章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù),11.4 接地問題,11.5 微機(jī)總線的抗干擾措施,11.6 數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾：一般是指有用信號以外的噪聲，在信號輸入、傳輸和輸出過程中出現(xiàn)的一些有害的電氣變化現(xiàn)象。這些變化迫使信號的傳輸值、 指示值或輸出值出現(xiàn)誤差, 出現(xiàn)假像。,干擾對電路的影響, 輕則降低信號的質(zhì)量, 影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性; 重則破壞電路的正常功能, 造成邏輯關(guān)系混亂, 控制失靈。,干擾與噪聲：,噪聲是絕對的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的影響，是獨(dú)

2、立的，與有用信號無關(guān)。干擾是相對有用信號而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值、它和有用信號一起進(jìn)入智能儀器并影響其正常工作才形成干擾。 噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個量變到質(zhì)變的過程。 干擾在滿足一定條件時，可以消除。噪聲在一般情況下，難以消除，只能減弱。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾系統(tǒng)的三個要素:,干擾源：產(chǎn)生干擾信號的原因； 傳播途徑：干擾源影響系統(tǒng)的路徑； 干擾對象：干擾源通過傳播途徑影響的器件或系統(tǒng)；,抗干擾技術(shù)就是通過對這三要素中的一個或多個采取必要措施來實現(xiàn)的。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的來源：,外部干擾：與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，是由使用

3、條件和外部環(huán)境因素決定的。,主要有：天電干擾，如雷電或大氣電離作用引起的干擾電波；天體干擾，如太陽輻射的電磁波；周圍電氣設(shè)備發(fā)出的電磁波的干擾；電源的工頻干擾；氣象條件引起的干擾；地磁場干擾；火化放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波等。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的來源：,內(nèi)部干擾：是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計、元器件性質(zhì)變化和漂移等原因造成的。,主要有：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感應(yīng)，長線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾，寄生振蕩引起的干擾以及熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾出現(xiàn)規(guī)律：,固定干擾：系統(tǒng)附近固

4、定的電氣設(shè)備運(yùn)行時發(fā)出的干擾。,例如，鄰近的“強(qiáng)電”設(shè)備的有規(guī)律的啟停有可能引入一個固定時刻的干擾。,半固定干擾：某些偶然使用的電氣設(shè)備引起的干擾。,隨機(jī)干擾：偶發(fā)性的干擾。,半固定干擾與隨機(jī)干擾的區(qū)分在于，前者是可預(yù)測的，后者是難以預(yù)測的。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的傳播方式：,電容性耦合,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的傳播方式：,互感耦合,為感應(yīng)磁場交變角頻率 M為兩根導(dǎo)線之間的互感 IN為導(dǎo)線1中的電流,例子：設(shè)某信號線與電壓為220VAC、負(fù)荷為10KVA輸電線的距離為1m，并且平行走線10m，兩線之間的互感為4.2H，則按上式計算出信號線上感應(yīng)的干擾電壓U

5、N為：,可見，這樣大的干擾，足以淹沒小信號。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的傳播方式：,公共阻抗耦合,電源內(nèi)阻抗的共阻抗耦合 公共地線的耦合 信號輸出電路的相互干擾,公共阻抗耦合是指多個電路的電流流經(jīng)同一公共阻抗時所產(chǎn)生的相互影響。,由于接地電位不同而造成的干擾是這類干擾的主要表現(xiàn)形式。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的傳播方式：,漏電耦合,漏電耦合干擾是因絕緣電阻降低而由漏電流引起的干擾，多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、器件本身老化的情況下。,傳導(dǎo)耦合,傳導(dǎo)耦合是指經(jīng)導(dǎo)線檢拾到噪聲，再經(jīng)它傳輸?shù)皆肼暯邮针娐范纬筛蓴_的噪聲耦合方式。,輻射電磁場耦合,大功率

6、的高頻電氣設(shè)備，通信發(fā)射臺等，不斷地向外發(fā)射電磁波。儀器若置于這種發(fā)射場中就會感應(yīng)到與發(fā)射電磁場成正比的感應(yīng)電勢，這種感應(yīng)電勢進(jìn)入電路就形成干擾。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方式：,差模干擾：又稱串模干擾，是指疊加在被測信號上的干擾噪聲，它串聯(lián)在信號源回路中，與被測信號相加輸入系統(tǒng)。差模干擾與被測信號在回路中處于同樣的地位，也稱為常態(tài)干擾或橫向干擾。,差模干擾,產(chǎn)生差模干擾的原因：分布電容的電場耦合，空間的磁場耦合，長線傳輸?shù)幕ジ校?0Hz工頻干擾，以及信號回路中元件參數(shù)變化等,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方式：,共模干擾,共模干擾：是在電路輸入端相對公共

7、接地點(diǎn)同時出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、對地干擾、縱向干擾、同向干擾等。,產(chǎn)生共模干擾的原因：,在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)附近有大功率的電氣設(shè)備，電磁場以電感或電容形式耦合到傳感器和傳輸導(dǎo)線中。 電源絕緣不良而引起漏電或三相動力電網(wǎng)負(fù)載不平衡致使零線有較大的電流時，存在著較大的地電位和地電位差。如果系統(tǒng)有兩個以上的接地點(diǎn)，則地電位差就會造成共模干擾。,電氣設(shè)備的絕緣性能不良時，動力電源會通過漏電阻耦合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號回路，形成干擾。 在交流供電的儀器中，交流電會通過原、副邊繞組間的寄生電容、整流濾波電路、信號電路與地之間的寄生電容到地構(gòu)成回路，形成干擾。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方

8、式：,共模干擾,直流信號； 串模干擾； 共模干擾； 串模干擾與共模干擾共同作用,串模干擾與共模干擾波形,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方式：,共模干擾,由共模干擾Ucm引起系統(tǒng)輸入的差模電壓：,對于系統(tǒng)干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾方式表現(xiàn)出來,兩種輸入方式的共模電壓的引入,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方式：,共模干擾,對于系統(tǒng)干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾方式表現(xiàn)出來,兩種輸入方式的共模電壓的引入,為了衡量一個放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即： 單端輸入方式的CMRR較小，說明它的抗共模抑制能力較差；而雙端輸入方式，CMRR較

9、大，所以抗共模干擾能力很強(qiáng)。對于存在共模干擾的場合，不能采用單端輸入方式，應(yīng)采用雙端輸入方式。,其中，Ucm是共模干擾電壓，Un是由Ucm轉(zhuǎn)化成的差模干擾電壓。UO是輸出電壓，Aud是差模信號放大倍率，Auc是共模信號放大倍率。,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,干擾的作用方式：,長線傳輸干擾,長線傳輸干擾：在數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號到采集計算機(jī)以及控制計算機(jī)到現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都經(jīng)過一段較長的線路進(jìn)行信號傳輸，即長線傳輸，在長線傳輸中產(chǎn)生的干擾稱為長線傳輸干擾。,信號在長線中傳輸會遇到三個問題：一是高速變化的信號在長線中傳輸時，會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象，二是具有信號延時，三是長線傳輸會受到外界干擾。

10、,11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾,常見干擾的分類：,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,電源引入的干擾是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要干擾之一。由于我國電網(wǎng)的頻率與電壓波動較大，會直接對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。,供電干擾的種類,過壓、欠壓、停電： 解決辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對短時停電可用不間斷電源（UPS）供電。 浪涌、下陷、半周降出：可使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器克服。 尖峰電壓：解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。 射頻干擾：可加23節(jié)低通濾波器消除干擾。,依據(jù)干擾的頻率,尖峰脈沖,隔離變壓器使電網(wǎng)地線的干擾不能進(jìn)入系統(tǒng)。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用隔

11、離變壓器,高頻噪聲通過初、次級間寄生電容的耦合傳播，因此需要加屏蔽層進(jìn)行隔離，以減少寄生電容，提高抗共模干擾能力。,隔離變壓器的作用還有：,防止浪涌電壓和尖峰電壓直接竄入而損壞系統(tǒng)； 利用其屏蔽層阻止高頻干擾信號竄入。,可用漆包線或銅等非導(dǎo)磁材料在初級和次級繞一層，但電氣上不能與初級、次級線圈短路，而后引出一個頭接地,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用隔離變壓器,隨著技術(shù)的進(jìn)步，國外已研制成功了專門抑制噪聲的隔離變壓器（NoiseCutoutTransformer，簡稱NCT），這是一種繞組和變壓器整體都有屏蔽層的多層屏蔽變壓器。 這類變壓器的結(jié)構(gòu)，鐵心材料，形狀及其線圈位置都比較特殊，它可以切

12、斷高頻噪聲漏磁通和繞組的交鏈，從而使差模噪聲不易感應(yīng)到二次側(cè)，故這種變壓器既能切斷共模噪聲電壓，又能切斷差模噪聲電壓，是比較理想的隔離變壓器。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,電網(wǎng)的干擾大部分是高次諧波，故可以采用低通濾波器來濾除大于50Hz的高次諧波，以改善電源的波形。,作用：由電容和電感組成的濾波網(wǎng)絡(luò)，能濾除電網(wǎng)高次噪聲。 存在的問題：當(dāng)噪聲電平較高時，由于電感發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，有可能會使電感元器件幾乎失去作用，從而導(dǎo)致抗干擾失效。,解決思路：在干擾進(jìn)入低通濾波器前加以衰減，從而避免低通濾波器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,具體做法：在電源低

13、通濾波器前，加設(shè)一個分布參數(shù)噪聲衰減器。 分布參數(shù)噪聲衰減器是一個由近50米長的雙絞線組成的線圈，導(dǎo)線的橫截面積根據(jù)通電電流強(qiáng)度決定。 分布參數(shù)噪聲衰減器依靠兩根導(dǎo)線之間及各匝導(dǎo)線之間存在的分布參數(shù)（分布電容和分布電感），對流過它的迭加在低頻市電上的各種干擾脈沖進(jìn)行衰減甚至濾除。從而保證低通濾波器的電感工作在非飽和區(qū)。 由于分布參數(shù)噪聲衰減器沒有電感器件，故不會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象。,解決思路：在干擾進(jìn)入低通濾波器前加以衰減，從而避免低通濾波器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,低通濾波器本身應(yīng)屏蔽，而且屏蔽盒與系統(tǒng)的機(jī)殼要保持良好的接觸；

14、為減少耦合，所有導(dǎo)線要靠近地面走線； 低通濾波器的輸入和輸出端要進(jìn)行隔離； 低通濾波器的位置應(yīng)盡量靠近需要濾波的地方，其間的連線也要進(jìn)行屏蔽。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,電源濾波器、信號濾波器和機(jī)殼一起，構(gòu)成一個完善的干擾防護(hù)網(wǎng)。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,濾波器獨(dú)立，帶屏蔽殼,濾波器集成在內(nèi)部電源板上,濾波器的正確安裝,簡單的面板濾波器,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,濾波器安裝在線路板的問題,電源線泄漏嚴(yán)重,干擾,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電

15、源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,電源線無泄漏,干擾被濾波器擋住,被濾波器旁路掉,面板濾波器,線路板上濾波的改進(jìn)方法,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,面板上濾波的簡易（臨時）方法,容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡?dú)石電容，引線盡量短,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,電源線濾波器的錯誤安裝,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源低通濾波器,使用低通濾波器的注意事項：,電源線濾波器的錯誤安裝,濾波器的屏蔽殼必須接地良好。,濾波器通過細(xì)線接地，高頻效果很差！,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用交流穩(wěn)壓器,交流穩(wěn)壓器，可以

16、保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。,對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這時目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)波動的方法。,輸入開關(guān)：作為穩(wěn)壓器輸入工作開關(guān)，一般都采用有限流保護(hù)的空氣開關(guān)式小型斷路開關(guān)，它能對穩(wěn)壓器和用電設(shè)備起到保護(hù)作用。,電壓調(diào)節(jié)裝置：是一種可以調(diào)節(jié)輸出電壓的裝置,它能將輸出電壓升高或降低是穩(wěn)壓器最主要的部件。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用交流穩(wěn)壓器,交流穩(wěn)壓器，可以保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。,對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這時目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)波動的方法。,取樣電路：它對穩(wěn)壓器輸出電壓和電流進(jìn)行檢測，將輸出電壓變化的情況給傳送給控制電路。,輸出保護(hù)裝置：一種

17、連通和斷開穩(wěn)壓器的輸出的裝置，一般常用繼電器或接觸器或保險器等。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用交流穩(wěn)壓器,交流穩(wěn)壓器，可以保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。,對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這時目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)波動的方法。,控制電路：它將取樣電路檢測到的電壓進(jìn)行分析,當(dāng)輸出電壓偏高時，則向驅(qū)動裝置發(fā)送將電壓降低的控制信號，則驅(qū)動裝置控制電壓調(diào)節(jié)裝置將輸出電壓調(diào)低，當(dāng)輸出電壓偏低時，則向驅(qū)動裝置發(fā)送將電壓升高的控制信號，則驅(qū)動裝置控制電壓調(diào)節(jié)裝置將輸出電壓調(diào)高，從而使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。,驅(qū)動裝置：由于控制電路的控制電信號較弱,所以需要用驅(qū)動裝置來進(jìn)行功率放大和轉(zhuǎn)換。,當(dāng)

18、檢測到輸出電壓或電流超出穩(wěn)壓器的控制范圍時?？刂齐娐穼⒖刂戚敵霰Ｗo(hù)裝置使之?dāng)嚅_輸出而保護(hù)用電設(shè)備，而在正常時輸出保護(hù)裝置是連通輸出的，用電設(shè)備可以得到穩(wěn)定的電壓供給。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用交流穩(wěn)壓器,交流穩(wěn)壓器，可以保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。,對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這時目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)波動的方法。,注意：在具體使用時，應(yīng)保證有一定的功率儲備。,當(dāng)然，電源容量增加太多，勢必會造成體積過大，成本增加，一般應(yīng)選取0.51倍裕量。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,系統(tǒng)分別供電,當(dāng)系統(tǒng)中使用繼電器、磁帶機(jī)等設(shè)備時，供電線路應(yīng)該分開，以避免在供電線路之間出現(xiàn)相互干擾。

19、,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源模塊單獨(dú)供電,線性電源,優(yōu)點(diǎn)： 紋波小。,缺點(diǎn)： 效率低； 只能降壓,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源模塊單獨(dú)供電,開關(guān)電源,缺點(diǎn)： 紋波大,優(yōu)點(diǎn)： 效率高； 既能降壓, 又能升壓。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源模塊單獨(dú)供電,開關(guān)電源,缺點(diǎn)： 紋波大,優(yōu)點(diǎn)： 效率高； 既能降壓, 又能升壓。,50Hz的奇次諧波（1、3、5、7、 ） 開關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）,開關(guān)電源的噪聲：,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,采用電源模塊單獨(dú)供電,采用單獨(dú)供電方式，與集中供電相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：,每個電源模塊單獨(dú)對相應(yīng)板卡進(jìn)

20、行電壓過載保護(hù)，不會因某個穩(wěn)壓器的故障而使全系統(tǒng)癱瘓。 有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，大大提高供電系統(tǒng)的可靠性，也有利于電源的散熱。 總電源線上電壓的變化，不會影響板卡上的電壓，有利于提高板卡的工作可靠性。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,供電系統(tǒng)饋線要合理布線,電源的引入線和輸出線以及公共線在布線時，應(yīng)采取以下抗干擾措施：,電源前面的一段布線：,從電源引入口，經(jīng)開關(guān)器件至低通濾波器之間的饋線，盡量用粗導(dǎo)線； 饋線之間形成的環(huán)路一定要小。 輸入線應(yīng)避免與其他電路平行。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,供電系統(tǒng)饋線要合理布線,電源的引入線和輸出線以及公共線在布線時，應(yīng)采取以下抗干擾措

21、施：,電源后面的一段布線：,均應(yīng)采用雙絞線，扭絞的螺距要小。如果導(dǎo)線較粗，無法 扭絞時，也把饋線之間的距離縮到最短； 交流線、直流穩(wěn)壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、繼電器等感性負(fù)載驅(qū)動線、非穩(wěn)壓的直流線均應(yīng)分開布線。,饋線之間形成的環(huán)路一定要小。,電源的公共線：,電路中盡量避免出現(xiàn)公共線，因為在公共線上，某一負(fù)載的變化引起的壓降，都會影響其他負(fù)載； 若公共線不能避免，則必須把公共線加粗，以降低阻抗。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,供電系統(tǒng)饋線要合理布線,電源的引入線和輸出線以及公共線在布線時，應(yīng)采取以下抗干擾措施：,電源各器件的布局：,共模電感應(yīng)與變壓器保持一定距離，以避免磁偶合。如不好處理可

22、在共模電感與變壓器間加一屏蔽 ；,共模電感，也叫共模扼流圈，常用于開關(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號。它是由兩個線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制反向)。,這樣，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)； 當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流，達(dá)到濾波的目的。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,一個采用共模扼流圈的典型電源濾波電路：,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,該電源濾波器的特性

23、：,損耗,頻率,理想濾波器特性,實際濾波器特性,30MHz,對高頻噪聲的濾波特性，越來越受到關(guān)注,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,改善該濾波器高頻特性的方法,或,精心繞制或多個電感串聯(lián),11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,改善該濾波器高頻特性的方法,器件距離對高頻性能的影響,三端電容,三端電容是一種特殊結(jié)構(gòu)的電容器，它與普通電容器的區(qū)別在于，它有三根引線，其中一個電極上有兩根引線。 普通電容的引線電感對于電容的高頻濾波的作用是有害的，而三端電容卻巧妙地利用了引線電感，構(gòu)成了一個型低通濾波器。 三端電容的高頻濾波效果比普通電容改善了很多。如果在三端電容的兩根連在一起的引線上分別安裝一個鐵氧體磁珠，則會大大增

24、加型濾波器的濾波效果。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,三端電容的正確使用,對于三端電容器，如果接地引線過長，引線的電感是十分有害的，會使濾波性能大打折扣。 對于濾除差模干擾的濾波器，只要在布線時保證接地引線的走線盡量短就可以了。 對于濾除共模干擾的濾波器，還要保證線路板與機(jī)箱之間的接地良好。 用于/接口濾波接地目的的地線要單獨(dú)安排，并且僅與線路板的其它地線在一點(diǎn)連接,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,三端電容的不足,寄生電容造成輸入端、輸出端耦合,接地電感造成旁路效果下降,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,穿心電容更勝一籌,穿心電容是一種三端電容。 但與普通的三端電容相比，由于它直接安裝在金屬面板上，因此它

25、的接地電感更小，幾乎沒有引線電感的影響。 另外，它的輸入輸出端被金屬板隔離，消除了高頻耦合。 這兩個特點(diǎn)決定了穿心電容具有接近理想電容的濾波效果。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,穿心電容更勝一籌,穿心式電容自電感較普通電容小得多，故而自諧振頻率很高。同時，穿心式設(shè)計，也有效地防止了高頻信號從輸入端直接耦合到輸出端。這種低通高阻的組合，在1GHz頻率范圍內(nèi)，提供了極好的抑制效果。 以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器廣泛應(yīng)用于RF濾波,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,穿心電容使用注意事項,必須安裝在金屬板上，并在一周接地。 最好焊接，螺紋安裝時要使用帶齒墊片。 焊接時間不能過長。 上緊螺紋時扭矩不能過大。,1

26、1.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,鐵氧體磁珠濾波器,鐵氧體磁珠是一個對高頻有很大的損耗，而對低頻及直流幾乎沒有損耗的元件，它對1MHz以上的干擾有顯著的衰減作用。,鐵氧體磁珠可分為電阻性的和電感性的兩種，一般用電感性的磁珠作為濾波器。,在直流大電流時要注意選擇磁珠的規(guī)格，不要引起磁珠的磁飽和。,11.2 供電系統(tǒng)的抗干擾,供電系統(tǒng)饋線要合理布線,電源的引入線和輸出線以及公共線在布線時，應(yīng)采取以下抗干擾措施：,電源各器件的布局：,輸出電容一般可采用兩只，一只靠近整流管，另一只應(yīng)靠近輸出端子，可改善電源輸出紋波指標(biāo)，兩只小容量電容并聯(lián)效果優(yōu)于用一只大容量電容。 發(fā)熱器件要和電解

27、電容保持一定距離，以延長整機(jī)壽命，電解電容是開關(guān)電源壽命的瓶勁，如變壓器、功率管、大功率電阻要和電解保持距離，電解之間也須留出散熱空間，條件允許可將其放置在進(jìn)風(fēng)口。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用隔離技術(shù)隔離干擾,對模擬信號輸入通道的干擾主要是因公共地線所引起。另外，當(dāng)傳輸線路較長時，還會受到靜電荷和電磁波噪聲的干擾。,隔離干擾：從電路上把干擾源和敏感電路隔離開來，使它們之間不存在電的聯(lián)系，或者削弱它們之間電的聯(lián)系。,光電隔離：,由于光電耦合器是用光傳送信號，兩端電路無直接電氣聯(lián)系，因此，切斷了兩端電路之間地線的聯(lián)系，抑制了共模干擾。 光電耦合器的輸入阻抗很低，一般在100歐1000

28、歐之間，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，通常為105歐106歐，能夠傳送到光電耦合器輸入端的干擾信號很小。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用隔離技術(shù)隔離干擾,光電隔離：,由于干擾噪聲源的內(nèi)阻一般很大，盡管它能提供較大幅度的干擾電壓，但能提供的能量很小，即只能形成微弱的電流。而光電耦合器輸入端的發(fā)光二極管，只有當(dāng)流過的電流超過其閾值時才能發(fā)光，輸出端的光敏三極管只在一定光強(qiáng)下才能工作。因此即使是電壓閾值很高的干擾，由于沒有足夠的能量而不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被抑制掉。 光電耦合器的輸入端與輸出端之間的寄生電容極小，一般僅為0.5pF2pF，而絕緣電阻又非常大，通常為1011歐1013歐，因此輸

29、出端的各種干擾噪聲很難反饋到輸入端去。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用隔離技術(shù)隔離干擾,電磁隔離：,在傳感器與采集電路之間加入一個隔離放大器，利用隔離放大器的電磁耦合，將外界的模擬信號與系統(tǒng)進(jìn)行隔離傳送。 另外，隔離后的兩電路應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源供電，切斷兩部分的地線聯(lián)系，以使共模干擾電壓不能構(gòu)成回路，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。 這種隔離適用于無直流分量信號的通路。對于直流信號，也可通過調(diào)制器變換成交流信號，經(jīng)隔離變壓器后，用解調(diào)器再變換成直流信號。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,濾波器：,無源濾波器、有源濾波器、數(shù)字濾波器 低通濾波器、高通濾波器

30、、帶通濾波器、帶阻濾波器,Uo：輸出信號； Ui ：輸入信號； ：信號的角頻率。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,低通濾波器類型,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,濾波器的階數(shù)和截止頻率,欲衰減20dB，至少4階,欲衰減20dB，只需要1階,階數(shù)決定過渡帶的陡度,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,根據(jù)阻抗選用濾波電路,規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,濾波要注意事項,對于型濾波器，要特別注意對地阻抗的問題。 濾波器并排安裝，否則，已經(jīng)濾波的和沒有濾波的信號之間會發(fā)生串?dāng)_，使總

31、體濾波失效。 用于/接口濾波接地目的的地線必須是“干凈地”。,預(yù)期干擾電流路徑,實際干擾電流路徑,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用濾波器濾除干擾,濾波要注意事項,濾波器要靠近接口，在進(jìn)口處可以設(shè)置擋板防止電磁干擾。 如果要設(shè)計一個濾波器，一般設(shè)計方法是找一個濾波器設(shè)計軟件，可以直接輸入設(shè)計要求，如階數(shù)，截至頻率等。將軟件自動生成的電路使用硬件仿真去觀察其特性是否能滿足要求。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳播的一種措施； 屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進(jìn)行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的或帶

32、有非金屬吸收填料的。,屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越大。民用設(shè)備的機(jī)箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能，而軍用設(shè)備的機(jī)箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。,屏蔽效能與場強(qiáng)衰減的關(guān)系,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。 靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。,具有空腔的金屬導(dǎo)體接地，在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，而且腔內(nèi)場強(qiáng)也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜

33、電屏蔽。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導(dǎo)體。 由于金屬屏蔽導(dǎo)體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。,靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。 靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,低頻磁屏蔽是用來隔離低頻(主要指50Hz)磁場或固定磁場(也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場)耦合干擾的有效措施。 對于低頻磁場的屏蔽，主要依賴高導(dǎo)磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用。,11.3 模擬信號

34、輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,為了有效地進(jìn)行低頻磁屏蔽，屏蔽層材料要選用諸如坡莫合金之類對低磁通密度有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，同時要有一定的厚度以減小磁阻。 由鐵氧體壓制成的罐形磁芯可作為磁屏蔽使用，并可以把它和電磁屏蔽導(dǎo)體一同使用。 為提高屏蔽效果可采用多層屏蔽。第一層用低導(dǎo)磁率的鐵磁材料，作用是使場強(qiáng)降低；第二層用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，以充分發(fā)揮其屏蔽作用。 某些高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金經(jīng)機(jī)械加工后，其導(dǎo)磁性能會降低。因此用這類材料制成的屏蔽體在加工后應(yīng)進(jìn)行熱處理。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,電磁屏蔽指的是對電磁波的

35、屏蔽。 電磁屏蔽的基本原理是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中，利用高頻電磁場對屏蔽金屬的電磁感應(yīng)作用，在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，用渦流產(chǎn)生的磁場抵消或減弱干擾磁場的影響，從而得到屏蔽的效果。 它主要用來防止高頻電磁場的影響，對于低頻磁場干擾的屏蔽效果很小。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。 電磁屏蔽對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。,屏蔽機(jī)箱,11.3 模擬信號輸入通道的抗干

36、擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,電磁屏蔽與靜電屏蔽,電磁密封襯墊的種類：,指形簧片(不同表面涂覆層的) 螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的) 金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的),導(dǎo)電布 導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的),11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,屏蔽殼體上的穿線:,屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導(dǎo)線穿過屏蔽體，屏蔽體的屏蔽效能就會大幅度下降。 這是因為導(dǎo)線充當(dāng)了接收干擾和輻射干擾的天線。 當(dāng)有導(dǎo)線要穿過屏蔽體時，必須使用貫通濾波器。 這樣可以將導(dǎo)線接收到的干擾濾除到屏蔽體上，從而避免干擾穿過屏蔽體。,對于高頻電磁波干擾,屏蔽電纜穿過屏蔽機(jī)箱的方

37、法,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,對于輸入導(dǎo)線的屏蔽:,抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線； 抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,驅(qū)動屏蔽:,驅(qū)動屏蔽又稱“電位跟蹤屏蔽”，就是用被屏蔽導(dǎo)體的電位通過1:1電壓跟隨器來驅(qū)動屏蔽導(dǎo)體的電位，如右圖。 若1:1電壓跟隨器是理想的，則導(dǎo)體B與屏蔽層C二者等電位，于是在二者之間無電力線，各點(diǎn)等電位。則噪聲源導(dǎo)體A的電場影響不到被屏蔽導(dǎo)體B。 盡管導(dǎo)體B與屏蔽層C之間有寄生電容存在，但因B與C等電位，故此寄生電容不起作用。 因此驅(qū)動屏蔽能有效地抑制通過寄生電容的耦合干擾。,11.

38、3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,驅(qū)動屏蔽:,在驅(qū)動屏蔽中所應(yīng)用的1:1電壓跟隨器不僅要求其輸出電壓與輸入電壓的幅值相同，而且要求兩者之間的相移為零。 另一方面，此電壓跟隨器的輸入阻抗與Zi相并聯(lián)，為減小其并聯(lián)作用，則要求電壓跟隨器的輸入阻抗值應(yīng)當(dāng)足夠高。 驅(qū)動屏蔽屬于有源屏蔽，只有當(dāng)線性集成電路出現(xiàn)以后，才有實用價值，目前它已在工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用屏蔽措施屏蔽干擾,驅(qū)動屏蔽:,一個實例電路,由于傳輸電纜的芯線與內(nèi)層屏蔽等電位，從而消除了芯線對內(nèi)層屏蔽的容性漏電，也就消除了寄生電容的影響。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾

39、,采用浮置屏蔽抑制干擾:,浮置又稱浮空、浮接，它指的是電子測量系統(tǒng)的輸入信號放大器公共線(即模擬信號地)不接機(jī)殼或大地。對于被浮置的測量系統(tǒng)， 測量電路與機(jī)殼或大地之間無直流聯(lián)系。 浮置的目的：阻斷干擾電流的通路。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被浮置后，明顯加大了系統(tǒng)的信號放大器公共線與地（或機(jī)殼）之間的阻抗。因此，共模干擾電流大大減少，共模抑制能力大大提高。,采集電路的浮置應(yīng)該包括該電路的供電電源，即這種浮置采集電路的供電系統(tǒng)應(yīng)該是單獨(dú)的浮置供電系統(tǒng)，否則浮置無效。,前置放大器通過三個變壓器與外界聯(lián)系。B1是輸出變壓器，B2是反饋?zhàn)儔浩鳎珺3是電源變壓器。,采用屏蔽措施屏蔽干擾,11.3 模擬信號輸入通道的

40、抗干擾,采用平衡電路抑制干擾,平衡電路又稱為對稱電路。它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路對地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線電路結(jié)構(gòu)對稱，對應(yīng)阻抗相等。 采用平衡電路可以使對稱電路結(jié)構(gòu)所拾撿的噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。 電橋和差分放大器就屬于平衡電路。,UN1、UN2為噪聲電壓源，Us1、Us2為信號源，兩個噪聲源所產(chǎn)生的噪聲電流為IN1、IN2，兩個信號源產(chǎn)生的信號電流為Is。,用兩個變壓器使傳輸線平衡 (a) 不平衡系統(tǒng)； (b) 平衡傳輸系統(tǒng),11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,采用平衡電路抑制干擾,在一個不平衡系統(tǒng)中，電路的信號傳輸部分可采用兩個變壓器而使其變得平衡。 因為長導(dǎo)

41、線最易拾撿噪聲，所以這種方法對于信號傳輸電路在噪聲抑制上是很有用的。 同時，變壓器還能斷開地環(huán)路，因此能消除負(fù)載與信號源之間由于地電位差所造成的噪聲干擾。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線的定義：,電磁波傳輸速度：,C：光速，3*108m/s; Kv：速度因子，在01之間。,對于一段30cm長的導(dǎo)線，信號從一端傳送到另一端所需時間約為1ns，這對TTL電路來說（平均延時10ns）可以忽略； 但對于一段3m長的導(dǎo)線，傳輸時間是10ns，相當(dāng)于一級TTL門的延遲時間，就不能忽略。,長線Lmax的判斷可以用下式得出：,V：速度，取V=2.5*108m/s; t：系統(tǒng)所用

42、邏輯電路器件或組件的上升時間； n：經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般取n=4。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線的定義：,常用邏輯電路的上升時間t,例子：某系統(tǒng)采用TTL邏輯電路，t=10ns，則：,在該系統(tǒng)中，超過0.62m的傳輸線就可算作長線。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線的定義：,長線和短線的特性比較：,長線的“長”是相對的：取決于集成電路的運(yùn)算速度（速度越快，絕對長度越短）。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線傳輸信號時遇到的問題：,對信號的傳輸速度有延遲。,根據(jù)實驗和計算可知，單位長度上傳輸延遲為：架空單線3.

43、3ns/m；雙絞線5ns/m；同軸電纜6ns/m。,長線傳輸易受到外界和其它傳輸線的干擾。 高速的信號脈沖波在傳輸過程中會產(chǎn)生畸變和衰減，引起非耦合性干擾。,這種非耦合性干擾，主要由波反射現(xiàn)象引起。嚴(yán)重時會完全破壞信號的正確傳輸。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,波反射產(chǎn)生的原理：,阻抗不連續(xù)，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小或者很大，信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。 消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。,長線的波阻抗Z0：,長線由于存在

44、寄生電容（用單位長度上的電容C表示）和寄生電感（用單位長度上的電感L表示），長線的波阻抗：,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,脈沖信號波在長線上引起的反射,地面上的單根傳輸長線，其長度為L，電源US的輸出電阻（電源內(nèi)阻）為RS，負(fù)載電阻為RL，則有反射系數(shù)：,電壓反射系數(shù),電流反射系數(shù)在數(shù)值上等于電壓反射系數(shù)，但其相位相反。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,脈沖信號波在長線上引起的反射,如果Z0=RS=RL，則1= 2= =0，無任何反射； 若Z0=RS，則1=0，此時=0，表示始端阻抗匹配； 若Z0=ZL，則2=0，此時=0，表示終端阻抗匹配

45、。,不同負(fù)載電阻下的反射系數(shù),當(dāng)傳輸線終端不匹配時，信號便被反射；反射波到達(dá)始端時，若始端也不匹配，同樣又產(chǎn)生反射，這樣就會發(fā)生信號在傳輸線上多次往返反射的情況。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,脈沖信號波在長線上引起的反射,例子：,當(dāng)信號源單獨(dú)與波阻抗Z0=90的傳輸線串聯(lián)時，電壓值是Z0兩端的電壓，即,終端反射系數(shù)：,始端反射系數(shù)：,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,脈沖信號波在長線上引起的反射,當(dāng)傳輸線終端匹配時(即RL=Z0),傳輸?shù)男盘栯妷翰]有反射，電流波平穩(wěn)地進(jìn)入負(fù)載。 當(dāng)傳輸線始端匹配時(即RS=Z0),終端的反射波到達(dá)始端時，

46、被匹配的阻抗所吸收，不再有反射，整個傳輸線達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 當(dāng)終端電阻小于波阻抗時，傳輸線上的電壓沒有過沖，會逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定值。 當(dāng)終端電阻大于波阻抗時，傳輸線上的電壓將產(chǎn)生過沖，并在穩(wěn)定值附近產(chǎn)生振蕩，最后趨向于穩(wěn)定值。,幾種常用傳輸線的波阻抗,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,波阻抗的測量：,為了進(jìn)行阻抗匹配，必須事先知道傳輸線的波阻抗RP。,調(diào)節(jié)可變電阻R，并用示波器觀察門A的波形，當(dāng)達(dá)到完全匹配時，即R=RP時，門A輸出的波形不畸變，反射波完全消失，這時的R值就是該傳輸線的波阻抗。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 始端匹配,a.

47、 始端串聯(lián)電阻匹配,在傳輸線始端串入電阻R，也能基本上消除反射，達(dá)到改善波形的目的。一般選擇始端匹配電阻R為：,其中，RS為門A的輸出低電平時的輸出阻抗。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 始端匹配,b. 始端上拉電阻或阻容匹配,始端上拉電阻匹配法，用于吸收一部分終端的反射波。 始端上拉阻容匹配法，上拉電阻通過43pF電容接至門電路發(fā)送端的始端，在靜態(tài)時，由于電容隔直流，上拉電阻傳輸線是開路的。 當(dāng)信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，其電容向傳輸線放電，以抵消反射波，這種匹配是在動態(tài)時起作用。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 終端匹配

48、,a. 終端并聯(lián)阻抗匹配,TTL電路的輸出阻抗約為120 到幾十歐姆； TTL電路的輸入阻抗約為50k 到幾百千歐。,最簡單的終端阻抗匹配方法,缺點(diǎn)：輸入波形的高電平，在終端下降太多。,R=Z0,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 終端匹配,a. 終端并聯(lián)阻抗匹配,如何選擇R1和R2？,等效電阻R應(yīng)等于傳輸線的波阻抗； 電壓E一般選取為輸出高電平時的電壓值（如2.8V左右）。,優(yōu)點(diǎn)：波形的高電平下降較少。 缺點(diǎn)：低電平抬高，從而降低了低電平的抗干擾能力。,需要權(quán)衡考慮：,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 終端匹配,b. 終端阻容

49、匹配,C,終端阻容匹配,當(dāng)C 較大時，阻抗接近于零，只起隔直流作用，不會影響阻抗匹配。 因此，只要使 R=Z0，即可阻抗匹配。,終端阻容匹配方法有助于提高信號電平的抗干擾能力。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 終端匹配,b. 終端阻容匹配,C,終端阻容匹配,終端阻容匹配方法有助于提高信號電平的抗干擾能力。,C的選?。?T：傳輸信號脈沖寬度； R1：始端低電平輸出阻抗； Z0：長線波阻抗,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,阻抗匹配 終端匹配,c. 終端接鉗位二極管匹配,終端接鉗位二極管匹配,優(yōu)點(diǎn)：,由于把門B輸入端的低電平鉗位至0.3V

50、以內(nèi)，可以減少反沖與振蕩現(xiàn)象； 有了二極管，可以吸收反射波，減少了波的反射現(xiàn)象； 大大減少線間串?dāng)_，提高動態(tài)抗干擾能力。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線驅(qū)動,當(dāng)長線較長時，如果用TTL電路直接驅(qū)動，有可能使電信號幅值不斷減小，抗干擾能力下降及存在串?dāng)_和噪聲。此時，需采用驅(qū)動電路和接收電路。,驅(qū)動電路：將TTL信號轉(zhuǎn)為差分信號，再經(jīng)長線傳至接收電路。 接收電路：具有差分輸入端，把接收到的信號放大后，再轉(zhuǎn)換成TTL信號輸出。由于差動放大器有很強(qiáng)的共模抑制能力，而且工作在線性區(qū)，所以容易做到阻抗匹配。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,長線驅(qū)動

51、,雙絞線長線驅(qū)動的接法：,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,用光電耦合器隔離、浮置傳輸線,在電路(b)中，如果光電耦合器的光敏晶體管的基極上接有電阻(1020M)及電容(12pF0.01uF) ，且后面連接施密特集成電路驅(qū)動器，則會大大加強(qiáng)抗噪聲能力。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,用光電耦合器隔離、浮置傳輸線,始端阻抗匹配可以通過調(diào)整R0和電位器W來實現(xiàn)； 電位器W還可以用來改變射極跟隨器的工作點(diǎn)，因而可以抵消因光耦及三極管T的電參數(shù)不一致所造成的工作點(diǎn)偏離；,終端的阻抗匹配可以通過調(diào)整RT和RN來實現(xiàn)，使從RT左端到浮地點(diǎn)之間的輸入阻抗等

52、于雙絞線的波阻抗； 實際調(diào)試時，應(yīng)該在始端和終端用示波器邊觀察邊調(diào)整。RT的調(diào)整方向由大到小，R0，RN和W的調(diào)整方向由小到大。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,傳輸線的使用：,1. 屏蔽線的使用,屏蔽線是在信號線的外面包裹一層銅質(zhì)屏蔽層而構(gòu)成。 采用屏蔽線可以有效地克服靜電感應(yīng)的干擾。 對理想的屏蔽層來說，它的串聯(lián)阻抗很低，可以忽略不計，所以由瞬時干擾電壓引起的干擾電流，只通過屏蔽層流入大地，由于干擾電流不流經(jīng)信號線，故信號傳輸不受干擾。 為了達(dá)到屏蔽的目的，屏蔽層要一端接地，另一端懸空。接地點(diǎn)一般可選在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接地點(diǎn)上。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,

53、長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,傳輸線的使用：,2. 同軸電纜的使用,同軸電纜是內(nèi)外由相互絕緣的同軸心導(dǎo)體構(gòu)成的電纜：內(nèi)導(dǎo)體為銅線，外導(dǎo)體為銅管或網(wǎng)。 同軸電纜的波阻抗分50和75兩類。 同軸電纜的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，但缺點(diǎn)是價格較貴、體積大，要占用電纜管道的大量空間、不能承受纏結(jié)，壓力和嚴(yán)重的彎曲。 在使用同軸電纜時，一定要把屏蔽層的兩端都接地。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,傳輸線的使用：,3. 雙絞線的使用,雙絞線是由兩條相互絕緣的導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞（一般以順時針纏繞）在一起而制成的一種通用配線； 雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線； 雙絞線是最常用的一種信號傳

54、輸線，與同軸電纜比，具有波阻抗高，體積小，價格低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是傳送信號的頻帶不如同軸電纜寬； 雙絞線傳輸信號可以消除電磁場的干擾，雙絞的節(jié)距越短，電磁感應(yīng)干擾就越低；,雙絞線中的電磁感應(yīng),電磁場,外界磁場干擾引起的感應(yīng)電流在相鄰絞線回路的同一根導(dǎo)線上方向相反，相互抵消，從而使干擾受到抑制。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,長線傳輸?shù)目垢蓴_措施,傳輸線的使用：,4. 扁平帶狀電纜的使用,扁平帶狀電纜的使用已經(jīng)非常普遍； 它的優(yōu)點(diǎn)是使用非常方便，缺點(diǎn)是抗干擾能力比雙絞線要差一些。 由于扁平帶狀電纜的導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時，用它做地線，地電位會發(fā)生變化。因此最好采用雙端傳送信號的方法。 采用

55、在每一對信號線之間留出一根導(dǎo)線作為接地線的接地方法，對減小兩條信號線之間的電容耦合和電感耦合是非常有效的。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,A/D轉(zhuǎn)換器的抗干擾,抗串模干擾的措施,對串模干擾嚴(yán)重的場合，可以采用積分式或雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器； 對于高頻干擾，可以采用低通濾波器加以濾除； 對于低頻干擾，可以采用同步采樣的方法加以消除； 盡量把A/D轉(zhuǎn)換器直接附在傳感器上，這樣可以減小傳輸線引進(jìn)的干擾； 當(dāng)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器相距較遠(yuǎn)時，容易引起干擾。解決的辦法是用電流傳輸代替電壓傳輸。,抗共模干擾的措施,采用浮置的方法； 采用隔離技術(shù)； 采用屏蔽的方法；,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,

56、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計措施,1. 合理布置印刷電路板上的器件,器件的布置應(yīng)符合器件之間電氣干擾小和易于散熱的原則； 為了減少器件之間的電氣干擾，應(yīng)將器件按照其功率的大小及抗干擾能力的強(qiáng)弱分類集中布置，各類器件之間應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，以防止相互干擾； 時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端應(yīng)盡量靠近且遠(yuǎn)離其它低頻器件。 ； 小電流電路和大電流電路盡量遠(yuǎn)離邏輯電路 ； 對發(fā)熱元器件要考慮通風(fēng)散熱，必要時安裝散熱器； 發(fā)熱元器件要分散布置，不能集中； 印制板在機(jī)箱中的位置和方向，應(yīng)保證發(fā)熱量大的器件處在上方。 對熱敏感元器件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件或進(jìn)行熱屏蔽。,11.3 模擬信號輸入通道的抗干擾,印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計措施,2. 合理分配印刷電路板插腳,為了減小強(qiáng)信號輸出線對弱信號輸入線的干擾，將輸入、輸出線分置于電路板的兩側(cè)，以便相互遠(yuǎn)離； 地線設(shè)置在輸入、輸出信號線的內(nèi)側(cè)，以減小信號線間寄生電容的影響，起到一定的屏蔽作用。,3. 印刷電路板合理布線,不要走太過曲折的布線，可以采用適當(dāng)?shù)倪^孔，或者通過元器件實行跨接； 配線不要做成環(huán)路，特別是不要沿印刷電路板周圍做成環(huán)路； 不要有長段的窄條并行，不得已并行時，窄條間要再設(shè)置隔離用的窄條； 單元電路的輸入線和輸出線，應(yīng)當(dāng)用地線隔開； 信號線盡可能短，優(yōu)先考慮小信號線，線間距盡可能寬些； 盡可能不在集成芯片引腳之間走線。易受干擾的部位增設(shè)地線