數(shù)采系統(tǒng)抗干擾技術和設計PPT課件

1、1.從干擾的來源劃分從干擾的來源劃分(1)內部干擾內部干擾指系統(tǒng)內部電子電路所產生的各種干擾。指系統(tǒng)內部電子電路所產生的各種干擾。比如：電阻熱噪聲、放大電路正反饋引起的自激振蕩等比如：電阻熱噪聲、放大電路正反饋引起的自激振蕩等(2)外部干擾外部干擾指由外界傳入到系統(tǒng)內的各種干擾。指由外界傳入到系統(tǒng)內的各種干擾。比如：接觸點所產生的放電、自然界的閃電等比如：接觸點所產生的放電、自然界的閃電等參考：參考：依據(jù)干擾源分類依據(jù)干擾源分類自然干擾自然干擾人為干擾人為干擾功能性干擾功能性干擾非功能性干擾非功能性干擾第第2頁頁/共共32頁頁第1頁/共32頁2.按干擾出現(xiàn)的規(guī)律劃分按干擾出現(xiàn)的規(guī)律劃分(1)固

2、定干擾固定干擾指系統(tǒng)附近固定的電氣設備運行時發(fā)出的干擾。指系統(tǒng)附近固定的電氣設備運行時發(fā)出的干擾。比如：鄰近的比如：鄰近的“強電強電”設備的啟停有可能引入一個固定的干擾設備的啟停有可能引入一個固定的干擾(2)半固定干擾半固定干擾指某些偶然使用的電氣設備引起的干擾。指某些偶然使用的電氣設備引起的干擾。(3)隨機干擾隨機干擾指偶發(fā)性的干擾。指偶發(fā)性的干擾。第第3頁頁/共共32頁頁第2頁/共32頁3.按干擾產生和傳播的方式劃分按干擾產生和傳播的方式劃分(1)靜電干擾靜電干擾指電場通過電容耦合的干擾。指電場通過電容耦合的干擾。(2)磁場耦合干擾磁場耦合干擾指通過傳輸線和磁場耦合串入到有效信號中的干擾。

3、指通過傳輸線和磁場耦合串入到有效信號中的干擾。(3)電磁輻射干擾電磁輻射干擾指高頻工作裝置所產生的高頻電磁波所產生的干擾。指高頻工作裝置所產生的高頻電磁波所產生的干擾。(4)電導通路耦合干擾電導通路耦合干擾指構成電回路的各單元之間的公共阻抗產生的干擾。指構成電回路的各單元之間的公共阻抗產生的干擾。(5)漏電耦合干擾漏電耦合干擾指由于儀器內部的電路絕緣不良而出現(xiàn)的漏電流引起指由于儀器內部的電路絕緣不良而出現(xiàn)的漏電流引起的電阻耦合產生的干擾。的電阻耦合產生的干擾。第第4頁頁/共共32頁頁第3頁/共32頁靜電耦合靜電耦合互感耦合互感耦合公共阻抗耦合公共阻抗耦合漏電流耦合漏電流耦合第第5頁頁/共共32

4、頁頁第4頁/共32頁4.按干擾輸入信號的關系劃分按干擾輸入信號的關系劃分(1)串模（差模）干擾串模（差模）干擾指干擾信號與被測信號串聯(lián)在一起，形成對結果產生指干擾信號與被測信號串聯(lián)在一起，形成對結果產生影響的干擾。影響的干擾。(2)共模干擾共模干擾指在信號地和儀器地（大地）之間產生的干擾。指在信號地和儀器地（大地）之間產生的干擾。產生共模干擾的原因：產生共模干擾的原因：附近有大功率的電氣設備。附近有大功率的電氣設備。電源絕緣不良引起漏電，存在較電源絕緣不良引起漏電，存在較大的對地電流和電位大的對地電流和電位漏電阻、寄生電容等對地構成的漏電阻、寄生電容等對地構成的回路形成干擾回路形成干擾第第6頁

5、頁/共共32頁頁第5頁/共32頁兩個與電磁干擾相關的概念：兩個與電磁干擾相關的概念：電磁敏感度（電磁敏感度（EMS）：指在存在電磁干擾）：指在存在電磁干擾的情況下電子設備等性能下降的容易程度。的情況下電子設備等性能下降的容易程度。電磁兼容性（電磁兼容性（EMC）：指設備所產生的）：指設備所產生的電磁能量即不對其他設備產生干擾，也不電磁能量即不對其他設備產生干擾，也不受其他設備的電磁能量干擾的能力。受其他設備的電磁能量干擾的能力。第第7頁頁/共共32頁頁第6頁/共32頁形成干擾的三大基本要素：形成干擾的三大基本要素：干擾源：干擾源：產生干擾的元件、設備或信號。產生干擾的元件、設備或信號。用數(shù)學語

6、言可描述為用數(shù)學語言可描述為“du/dt或者或者di/dt大的地方大的地方就是干擾源就是干擾源”。傳播途徑：傳播途徑：指干擾從干擾源傳播到敏感器件的指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。通路或媒介。典型的干擾傳播路徑有導線傳導（傳導干擾）典型的干擾傳播路徑有導線傳導（傳導干擾）和空間輻射（輻射干擾）。和空間輻射（輻射干擾）。敏感器件：敏感器件：指容易被干擾的對象。指容易被干擾的對象。常見的敏感器件有常見的敏感器件有A/D轉換器、轉換器、D/A轉換器、弱轉換器、弱信號放大器等。信號放大器等。第第8頁頁/共共32頁頁第7頁/共32頁形成供電系統(tǒng)的干擾的原因形成供電系統(tǒng)的干擾的原因供電電壓的不穩(wěn)

7、定供電電壓的不穩(wěn)定解決措施解決措施1.采用隔離變壓器采用隔離變壓器2.采用電源低通濾波器采用電源低通濾波器3.采用交流穩(wěn)壓器采用交流穩(wěn)壓器4.系統(tǒng)分別供電系統(tǒng)分別供電5.采用電源模塊單獨供電采用電源模塊單獨供電第第9頁頁/共共32頁頁第8頁/共32頁1.采用隔離變壓器采用隔離變壓器電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別有各自的地線。在應用中，如果直接電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別有各自的地線。在應用中，如果直接把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，兩者的地線之間就存在了地電位把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，兩者的地線之間就存在了地電位差差Ucm。當此電壓存在時，就會形成環(huán)路電流，造成共模干擾。當此電壓存在時，就會形成環(huán)路電流，造成共模

8、干擾。加入隔離變壓器，使電網(wǎng)地線的干擾不能進入系統(tǒng)，加入隔離變壓器，使電網(wǎng)地線的干擾不能進入系統(tǒng)，從而保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)餓可靠工作。從而保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)餓可靠工作。第第10頁頁/共共32頁頁第9頁/共32頁2.采用電源低通濾波器采用電源低通濾波器電網(wǎng)中存在的干擾大部分是高次諧波，因此采用低通電網(wǎng)中存在的干擾大部分是高次諧波，因此采用低通濾波器來濾除大于濾波器來濾除大于50Hz的高次諧波，以改善電源的波的高次諧波，以改善電源的波形。形。由電容和電感組成的濾波網(wǎng)絡，能濾除電網(wǎng)噪聲。由電容和電感組成的濾波網(wǎng)絡，能濾除電網(wǎng)噪聲。使用低通濾波器的注意事項：使用低通濾波器的注意事項：低通濾波器本身應評比，而

9、且屏蔽盒與系統(tǒng)的機殼要保持良好的接觸；低通濾波器本身應評比，而且屏蔽盒與系統(tǒng)的機殼要保持良好的接觸；為減少耦合，所有導線要靠近地面走線；為減少耦合，所有導線要靠近地面走線；低通濾波器的輸入與輸出要進行隔離；低通濾波器的輸入與輸出要進行隔離；低通濾波器的位置應盡量靠近需要濾波的地方，其間的連線也要進行屏蔽。低通濾波器的位置應盡量靠近需要濾波的地方，其間的連線也要進行屏蔽。第第11頁頁/共共32頁頁第10頁/共32頁3.采用交流穩(wěn)壓器采用交流穩(wěn)壓器用來保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓用來保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓?；蚯穳骸?.系統(tǒng)分別供電系統(tǒng)分別供電為了阻止從供電系統(tǒng)串

10、入的干擾，一般采用下圖所為了阻止從供電系統(tǒng)串入的干擾，一般采用下圖所示的供電線路。示的供電線路。第第12頁頁/共共32頁頁第11頁/共32頁5.采用電源模塊單獨供電采用電源模塊單獨供電廣泛采用廣泛采用DC-DC電源電路模塊組成穩(wěn)壓電源單獨供電。電源電路模塊組成穩(wěn)壓電源單獨供電。優(yōu)點：優(yōu)點：靈活性好；靈活性好；有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，提高了供電系有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，提高了供電系統(tǒng)的可靠性；統(tǒng)的可靠性；總線上電壓的變化，不會傳遞到數(shù)據(jù)采集卡上，有利于提高數(shù)據(jù)采集卡總線上電壓的變化，不會傳遞到數(shù)據(jù)采集卡上，有利于提高數(shù)據(jù)采集卡的工作可靠性。的工

11、作可靠性。6.供電系統(tǒng)饋線的合理布線供電系統(tǒng)饋線的合理布線電源的引入線、輸出線和公共線在布線時考慮：電源的引入線、輸出線和公共線在布線時考慮：電源前面的一段布線：電源前面的一段布線：饋線要盡量用粗導線。饋線要盡量用粗導線。電源后面的一段布線：電源后面的一段布線：采用雙絞線及有關線的分開布線。采用雙絞線及有關線的分開布線。電路的公共線：電路的公共線：盡量避免出現(xiàn)公共線，確實需要，必須把公共線盡量避免出現(xiàn)公共線，確實需要，必須把公共線加粗以降低阻抗。加粗以降低阻抗。第第13頁頁/共共32頁頁第12頁/共32頁解決措施解決措施1.采用隔離技術隔離干擾采用隔離技術隔離干擾2.采用濾波器濾除干擾采用濾波

12、器濾除干擾3.采用浮置措施抑制干擾采用浮置措施抑制干擾4.長傳輸線的抗干擾措施長傳輸線的抗干擾措施5.A/D轉換器的抗干擾措施轉換器的抗干擾措施6.印刷電路板的抗干擾措施印刷電路板的抗干擾措施第第14頁頁/共共32頁頁第13頁/共32頁11.3.1 采用隔離技術隔離干擾采用隔離技術隔離干擾隔離干擾就是指把電路上干擾源和敏感電路隔離開，隔離干擾就是指把電路上干擾源和敏感電路隔離開，使他們之間不存在電的聯(lián)系，或者削弱他們之間電的使他們之間不存在電的聯(lián)系，或者削弱他們之間電的聯(lián)系。聯(lián)系。主要包括了光電隔離、電磁隔離等技術。主要包括了光電隔離、電磁隔離等技術。1 光電隔離光電隔離用于系統(tǒng)與外界的隔離用

13、于系統(tǒng)與外界的隔離用于系統(tǒng)電路之間的隔離用于系統(tǒng)電路之間的隔離第第15頁頁/共共32頁頁第14頁/共32頁2 電磁隔離電磁隔離在傳感器和采集電路之間加入一個隔離放大器，利用在傳感器和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作用，將外界的模擬信號與系隔離放大器的電磁耦合作用，將外界的模擬信號與系統(tǒng)進行隔離傳送。統(tǒng)進行隔離傳送。第第16頁頁/共共32頁頁第15頁/共32頁11.3.2 采用濾波器濾除干擾采用濾波器濾除干擾濾波是一種只允許某一頻帶信號通過的抑制干擾措施濾波是一種只允許某一頻帶信號通過的抑制干擾措施之一，特別適合于抑制經導線傳導耦合到電路中的噪之一，特別適合于抑制經導線

14、傳導耦合到電路中的噪聲干擾。聲干擾。第第17頁頁/共共32頁頁第16頁/共32頁11.3.3 采用浮置措施抑制干擾采用浮置措施抑制干擾浮置又稱浮空、浮接，是指數(shù)據(jù)采集電路的模擬信號浮置又稱浮空、浮接，是指數(shù)據(jù)采集電路的模擬信號地不接機殼或大地。對于被浮置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)地不接機殼或大地。對于被浮置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集電路與機殼或大地之間無直流聯(lián)系。據(jù)采集電路與機殼或大地之間無直流聯(lián)系。浮置的目的是為了阻斷干擾電流的通路浮置的目的是為了阻斷干擾電流的通路11.3.4 長線傳輸抗干擾措施長線傳輸抗干擾措施措施之一：阻抗匹配措施之一：阻抗匹配措施之二：長線驅動措施之二：長線驅動措施之三：用光電

15、耦合器隔離、浮置傳輸線措施之三：用光電耦合器隔離、浮置傳輸線始端匹配始端匹配終端匹配終端匹配始端串聯(lián)電阻匹配始端串聯(lián)電阻匹配始端上拉電阻或阻容匹配始端上拉電阻或阻容匹配終端并聯(lián)阻抗匹配終端并聯(lián)阻抗匹配終端阻容匹配終端阻容匹配終端接鉗位二極管匹配終端接鉗位二極管匹配第第18頁頁/共共32頁頁第17頁/共32頁長線傳輸?shù)氖褂瞄L線傳輸?shù)氖褂闷帘尉€的使用屏蔽線的使用同軸電纜的使用同軸電纜的使用雙絞線的使用雙絞線的使用扁平帶狀電纜的使用扁平帶狀電纜的使用第第19頁頁/共共32頁頁第18頁/共32頁1.A/D轉換器的抗干擾措施轉換器的抗干擾措施 （1）抗串模干擾的措施）抗串模干擾的措施 （2）抗共模干擾的

16、措施）抗共模干擾的措施2.A/D轉換器的位置確定轉換器的位置確定11.3.5 A/D轉換器的抗干擾轉換器的抗干擾第第20頁頁/共共32頁頁第19頁/共32頁 （1）抗串模干擾的措施）抗串模干擾的措施在串模干擾嚴重的場合，可以用積分式或雙斜積在串模干擾嚴重的場合，可以用積分式或雙斜積分式分式A/D轉換器。（原因：轉換的平均值）轉換器。（原因：轉換的平均值）對于高頻干擾，可以采用低通濾波器加以濾波再對于高頻干擾，可以采用低通濾波器加以濾波再轉換；而對于低頻干擾，可以采用同步采樣的方式轉換；而對于低頻干擾，可以采用同步采樣的方式加以消除。加以消除。盡量把盡量把A/D轉換器直接附在傳感器上以減小傳輸轉

17、換器直接附在傳感器上以減小傳輸線帶入的誤差。線帶入的誤差。當傳感器和當傳感器和A/D轉換器離的比較遠的情況下，容轉換器離的比較遠的情況下，容易引起的干擾解決辦法就是：用電流來代替電壓傳易引起的干擾解決辦法就是：用電流來代替電壓傳輸。輸。1.A/D轉換器的抗干擾措施第第21頁頁/共共32頁頁第20頁/共32頁 （2）抗共模干擾的措施）抗共模干擾的措施采用三線采樣雙層屏蔽浮置技術。采用三線采樣雙層屏蔽浮置技術。采用隔離技術。采用隔離技術。采用電容記憶法。采用電容記憶法。利用屏蔽法來改善高頻共模抑制比。利用屏蔽法來改善高頻共模抑制比。1.A/D轉換器的抗干擾措施第第22頁頁/共共32頁頁第21頁/共

18、32頁2.A/D轉換器的位置確定轉換器的位置確定靠近微型計算機放置?？拷⑿陀嬎銠C放置。好處：好處：便于將便于將A/D轉換器產生的并行數(shù)字化信息傳送到微型計算機中，而且有轉換器產生的并行數(shù)字化信息傳送到微型計算機中，而且有利于微型計算機對利于微型計算機對A/D的控制。的控制。缺點：缺點：模擬信號的傳送線路太長。模擬信號的傳送線路太長。靠近采集現(xiàn)場放置。靠近采集現(xiàn)場放置。優(yōu)點：優(yōu)點：模擬信號傳送線不長，降低分布參數(shù)以及干擾的影響，保證了轉換精度。模擬信號傳送線不長，降低分布參數(shù)以及干擾的影響，保證了轉換精度。傳送數(shù)字信號，抗干擾能力強。傳送數(shù)字信號，抗干擾能力強。缺點：缺點：傳輸線過多或傳輸速度

19、慢，控制不方便。傳輸線過多或傳輸速度慢，控制不方便。第第23頁頁/共共32頁頁第22頁/共32頁1. 合理布置印刷電路板上的器件合理布置印刷電路板上的器件 2. 合理分配印刷電路板插腳合理分配印刷電路板插腳3. 印刷電路板合理布線印刷電路板合理布線4. 電源線和接地線的布置電源線和接地線的布置5. 印刷電路板的屏蔽印刷電路板的屏蔽6. 去耦電容器的配置去耦電容器的配置7. 數(shù)字電路的抗干擾措施數(shù)字電路的抗干擾措施11.3.6 印刷電路板及電路的抗干擾設計措施印刷電路板及電路的抗干擾設計措施第第24頁頁/共共32頁頁第23頁/共32頁1. 合理布置印刷電路板上的器件合理布置印刷電路板上的器件 總

20、體原則：器件之間電氣干擾小和易于散熱總體原則：器件之間電氣干擾小和易于散熱干擾考慮：干擾考慮：按照器件功率的大小及抗干擾能力的強弱分類集中布置。按照器件功率的大小及抗干擾能力的強弱分類集中布置。各類不同抗干擾能力的器件間盡可能遠離。各類不同抗干擾能力的器件間盡可能遠離。每一類器件又可以按照相應規(guī)則再進一步分類布置。每一類器件又可以按照相應規(guī)則再進一步分類布置。散熱考慮：散熱考慮：對發(fā)熱元器件要考慮通風散熱，必要時安裝散熱器。對發(fā)熱元器件要考慮通風散熱，必要時安裝散熱器。發(fā)熱元件要分散布置，不能集中。發(fā)熱元件要分散布置，不能集中。對熱敏感元器件要遠離發(fā)熱元器件或進行熱屏蔽。對熱敏感元器件要遠離發(fā)

21、熱元器件或進行熱屏蔽。2. 合理分配印刷電路板插腳合理分配印刷電路板插腳 為了減小強信號輸出線對弱信號輸入線的干擾，多將輸入、為了減小強信號輸出線對弱信號輸入線的干擾，多將輸入、輸出線分置于印刷板的兩冊，使兩者相互遠離。輸出線分置于印刷板的兩冊，使兩者相互遠離。第第25頁頁/共共32頁頁第24頁/共32頁3. 印刷電路板合理布線印刷電路板合理布線印刷板是一個平面，不能交叉配線。（解決辦法元器件跨接）印刷板是一個平面，不能交叉配線。（解決辦法元器件跨接）配線不要做成環(huán)路，特別是不要沿印刷板周圍做成環(huán)路。配線不要做成環(huán)路，特別是不要沿印刷板周圍做成環(huán)路。不要有長段的窄條并行，不得已并行時中間設置隔

22、離用窄條。不要有長段的窄條并行，不得已并行時中間設置隔離用窄條。旁路電容器的引線不能太長，尤其是存在高頻旁路電容器時。旁路電容器的引線不能太長，尤其是存在高頻旁路電容器時。地線設置很重要，地線面積通常要選取大些，但不能隨意擴地線設置很重要，地線面積通常要選取大些，但不能隨意擴大地線面積，避免增大電路與地線之間的寄生電容。大地線面積，避免增大電路與地線之間的寄生電容。單元電路的輸入線和輸出線，應當用地線隔開。單元電路的輸入線和輸出線，應當用地線隔開。信號線勁可能短，優(yōu)先考慮小信號線，采用雙面走線，使線信號線勁可能短，優(yōu)先考慮小信號線，采用雙面走線，使線間間距盡可能寬些。間間距盡可能寬些。第第26

23、頁頁/共共32頁頁第25頁/共32頁4. 電源線的布置電源線的布置電源線、地線的走線應盡量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢?，且應盡量電源線、地線的走線應盡量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢拢覒M量加大其寬度，這都有助于提高印刷電路板的抗干擾能力。加大其寬度，這都有助于提高印刷電路板的抗干擾能力。6. 印刷電路板的屏蔽印刷電路板的屏蔽（1）屏蔽線。）屏蔽線。（2）屏蔽環(huán)。）屏蔽環(huán)。7. 去耦電容器的配置去耦電容器的配置在印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容，是避免各個集成在印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容，是避免各個集成電路工作時對其他集成電路所產生干擾的一種常規(guī)措施。電路工作時對其他集成電路所產生干擾的一種常規(guī)措施。（1）在電源輸入端跨接）在電源輸入端跨接10100uF 的的電容器。的的電容器。（2）原則上每個集成電路芯片都應配置一個）原則上每個集成電路芯片都應配置一個0.01uF 的陶瓷電的陶瓷電容器。容器。（3）對于抗干擾能力弱，關斷電流變化的器件和）對于抗干擾能力弱，關斷電流變化的器件和ROM、RAM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入去耦電容器。存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入去耦電容器。第第27頁頁/共共32頁頁第26頁/共32頁8. 數(shù)字電路的抗干擾措施數(shù)字電路的抗干擾措施（1）