硬件抗干擾技術(shù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)課件

1、第三章 硬件抗干擾技術(shù)7/30/20221主要硬件抗干擾技術(shù)接地屏蔽濾波2接地為什么要地線地線問(wèn)題地環(huán)路地線問(wèn)題公共阻抗耦合接地方式種類電纜屏蔽層的接地 3安全地220V0V+4信號(hào)地定義：信號(hào)電流流回信號(hào)源的低阻抗路徑5地線引發(fā)干擾問(wèn)題的原因V = I R地線電壓地線是等電位的假設(shè)不成立電流走最小阻抗路徑我們并不知道地電流的確切路徑地電流失去控制6地線電位示意圖 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mV7導(dǎo)線的阻抗Z = RAC + jLL 1H/m = 1 / ( f r r)1/2 RAC= 0.076r f1/2 RDCr電流深度0.

2、37II趨膚效應(yīng)8導(dǎo)線的阻抗9金屬條與導(dǎo)線的阻抗比較00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10S / W金屬條阻抗/導(dǎo)線阻抗10地線問(wèn)題地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I211隔離變壓器屏蔽層只能接2點(diǎn)！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL12光隔離器發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp13共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VN = R1 / LVN / VGRL/（RS + RL）Mf14平衡電路對(duì)地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVL15地線問(wèn)題公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共

3、地阻抗V16接地方式種類 信號(hào)接地方式 并聯(lián)單點(diǎn)接地 串聯(lián)單點(diǎn)接地 混合接地 多點(diǎn)接地 單點(diǎn)接地17單點(diǎn)接地123123串聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：公共阻抗耦合并聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：無(wú)公共阻抗耦合缺點(diǎn)：接地線過(guò)多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R318串聯(lián)單點(diǎn)、并聯(lián)單點(diǎn)混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅(qū)動(dòng)電路馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路19線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字20長(zhǎng)地線的阻抗設(shè)備Z0 = (L/C)1/2RRLLCCFP1 = 1/2(LC)1/2ZP = (L)2/RRAC RDC 串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振21多點(diǎn)接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路

4、322混合接地Vs地電流RsVs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流23屏蔽屏蔽的概念電屏蔽磁屏蔽電磁屏蔽實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題雙絞線和金屬屏蔽線24屏蔽的概念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(duì)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)的或帶有非金屬吸收填料的。25屏蔽效能屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)E1屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 26屏蔽效能與場(chǎng)強(qiáng)衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加的難度越大。民用設(shè)備的機(jī)箱一般僅需要左右的屏蔽效能，而軍用設(shè)備的機(jī)箱一般需要以上的屏蔽效能。 屏蔽前場(chǎng)強(qiáng)

5、屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.99999912027電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，而且腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場(chǎng)的影響，這種作用叫靜電屏蔽。28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(gè)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(chǎng)干擾的原來(lái)耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs29磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果電流是隨時(shí)間變化的，則磁場(chǎng)

6、也隨時(shí)間變化，這變化的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)其他元件或電路造成干擾；對(duì)于低頻磁場(chǎng)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30高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS31怎樣屏蔽低頻磁場(chǎng)？低頻磁場(chǎng)低頻磁場(chǎng)吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料32磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 10333電磁屏蔽電磁屏蔽是對(duì)于高頻電磁場(chǎng)的屏蔽 電磁波在通過(guò)金屬材料或?qū)﹄姶挪ㄓ兴p作用的阻擋層時(shí)，會(huì)受到一定程度的衰減，這就起到了電磁屏蔽的作用。34趨膚深度舉例35電磁屏蔽與靜電屏蔽 電磁

7、屏蔽指的是對(duì)電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對(duì)靜電場(chǎng)的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。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(kāi)口等。電磁屏蔽對(duì)屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。 36實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)際機(jī)箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等電源線縫隙37縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用38縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙39電磁密封襯墊的種類 金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)指形簧片(不同表面涂

8、覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導(dǎo)電布40指形簧片41螺旋管電磁密封襯墊42電磁密封襯墊的主要參數(shù) 屏蔽效能 (關(guān)系到總體屏蔽效能) 回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距） 最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量） 壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開(kāi)關(guān)次數(shù)） 電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）43各種電磁密封襯墊的特點(diǎn)襯墊種類屏蔽效能彈性永久形變環(huán)境密封價(jià)格優(yōu)點(diǎn)不銹鋼螺旋管高好小無(wú)低價(jià)低鍍錫鈹銅螺旋管很高好小無(wú)中屏蔽效能高多重密封螺旋管高好小有較高有環(huán)境密封、耐久指形簧片高好小無(wú)高壓縮最大、允許切向滑動(dòng)接觸空心金屬網(wǎng)套低頻高高頻中等好較小無(wú)中需要的壓力小橡膠芯金屬

9、網(wǎng)套低頻高高頻中等好小無(wú)低價(jià)低傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高差大有高有環(huán)境密封、高頻屏蔽好雙重導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高好小有低有環(huán)境密封、高頻屏蔽好、價(jià)低定向金屬絲導(dǎo)電橡膠低頻高高頻低好小有低有環(huán)境密封、價(jià)低44電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封45顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器46操作器件的處理屏蔽體上開(kāi)小孔用隔離艙將操作器件隔離出47通風(fēng)口的處理穿孔金屬板48屏蔽電纜穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處理，保持360度連接注意防腐屏蔽互套屏蔽體邊界屏蔽電纜與電纜套360度搭接49屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過(guò)，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導(dǎo)線穿過(guò)屏蔽體，

10、屏蔽體的屏蔽效能就會(huì)大幅度下降。這是因?yàn)閷?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(guò)屏蔽體時(shí)，必須使用貫通濾波器，如圖所示。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(guò)屏蔽體。50搭接 電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：電纜屏蔽層與機(jī)箱之間搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接 濾波器與機(jī)箱之間的搭接 不同機(jī)箱之間的地線搭接51搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實(shí)際干擾電流路徑52搭接不良的機(jī)箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!53搭接阻抗的測(cè)量機(jī)柜搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點(diǎn)VIZ = V / I54不同的搭接條55頻率不同搭接方式

11、不同56搭接點(diǎn)的保護(hù)57雙絞線和金屬屏蔽線抑制靜電感應(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58金屬屏蔽線59雙絞線的節(jié)距60雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在5米以下61雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在10米以上62屏蔽線的抗干擾原理屏蔽層不接地：VN = VS =V1 C1S / ( C1S + C2G ) ，與無(wú)屏蔽相同屏蔽層接地時(shí)：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果C1sC1GC2GC1GC2GC1sVsV1V1VsC2S63屏 蔽 要 點(diǎn)靜電屏蔽應(yīng)具有兩個(gè)基本要點(diǎn)，即完善的屏蔽體和良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電連續(xù)性，對(duì)屏蔽

12、體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。在實(shí)際的屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。機(jī)箱上的接縫、開(kāi)口等都是電磁波的泄漏源。穿過(guò)機(jī)箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解決機(jī)箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見(jiàn)的電磁密封襯墊有導(dǎo)電橡膠、雙重導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠等。 64濾波濾波器的作用濾波器的種類信號(hào)濾波器的安裝位置濾波器的正確安裝65濾波器的概念無(wú)源濾波器有源濾波器數(shù)字濾波器衰減系數(shù)66濾波器的作用信號(hào)濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽

13、共同構(gòu)成完善的干擾防護(hù)。67滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求68滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求信號(hào)線濾波器干擾源69開(kāi)關(guān)電源噪聲 50Hz的奇次諧波（1、3、5、7 ） 開(kāi)關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）70濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率71低通濾波器類型CTL反72濾波器的選擇根據(jù)阻抗選用濾波電路器件參數(shù)的確定低通濾波器對(duì)脈沖信號(hào)的影響73根據(jù)阻抗選用濾波電路 源阻抗 電路結(jié)構(gòu) 負(fù)載阻抗 高 C、多級(jí) 高 高 、多級(jí) 低 低 反、多級(jí)反 高 低 L、多級(jí)L 低 規(guī)律：電容對(duì)高阻，電感對(duì)低阻74器件參數(shù)的確定LCRR L = R / 2F

14、C C = 1 / 2RFC對(duì)于T形（多級(jí)T）和 形（多級(jí)）電路，最外邊的電感或電容取 L/2 和 C/2，中間的不變。75實(shí)際電容器的特性ZC實(shí)際電容理想電容f引線長(zhǎng)1.6mm的陶瓷電容器 電容量 諧振頻率(MHZ) 1 F 1.7 0.1 F 4 0.01F 12.6 3300 pF 19.3 1100 pF 33 680 pF 42.5 330 pF 601/2 LCCL76陶瓷電容諧振頻率1nf1M100k1010.110k1k10010Hz 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G阻抗100pf10nf100nf10f1f10mf100f1m10cm1cm1mm7

15、7溫度對(duì)陶瓷電容容量的影響0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C78電壓對(duì)陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100 %額定電壓（Vdc）%C79實(shí)際電感器的特性ZL理想電感實(shí)際電感f 電感量 （H） 諧振頻率 (MHZ) 3.4 45 8.8 28 68 5.7 125 2.6 500 1.2 繞在鐵粉芯上的電感1/2 LCLC80電感寄生電容的來(lái)源每圈之間的電容 CTT導(dǎo)線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導(dǎo)體時(shí)，CTC為主要因素，磁芯為非導(dǎo)體時(shí)，CT

16、T為主要因素。81克服電容非理想性的方法衰減 電容并聯(lián) LC并聯(lián) 電感并 聯(lián)小電容大電容并聯(lián)電容頻率大容量小容量82三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一個(gè)T形低通濾波器在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效果更好地線電感起著不良作用三端電容普通電容 30 70 1GHz20604083三端電容的正確使用接地點(diǎn)要求：1 干凈地2 與機(jī)箱或其它較大 的金屬件射頻搭接84三端電容器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85穿心電容更勝一籌金屬板隔離輸入輸出端一周接地電感很小86穿心電容、饋通濾波器以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器87饋通濾波器使用注意事項(xiàng) 必須安裝在金屬板上，并在一周接地

17、 最好焊接，螺紋安裝時(shí)要使用帶齒墊片 焊接時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng) 上緊螺紋時(shí)扭矩不能過(guò)大88線路板上使用饋通濾波器線路板地線面上面底面89減小電感寄生電容的方法然后：起始端與終止端遠(yuǎn)離（夾角大于40度）盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時(shí)， 采用“漸進(jìn)”方式繞，不要來(lái)回繞分組繞制 （要求高時(shí)，用大電感和小電感串聯(lián)起來(lái)使用）如果磁芯是導(dǎo)體，首先：用介電常數(shù)低的材料增加繞組導(dǎo)體與磁芯之間的距離90共模扼流圈共模扼流圈中的負(fù)載電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵銷，因此磁芯不會(huì)飽和。91電感磁芯的選用鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用錳鋅：r = 500 10000，R = 0.1100m鎳鋅：

18、r = 10 100，R = 1k 1Mm超微晶：r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心92干擾抑制用鐵氧體Z = jL + R RZLR(f)1MHz 10MHz 100MHz 1000MHz93低通濾波器對(duì)脈沖信號(hào)的影響94信號(hào)濾波器的安裝位置板上濾波器無(wú)屏蔽的場(chǎng)合濾波器靠近被濾波導(dǎo)線的靠近器件或線路板一端。有屏蔽的場(chǎng)合：在屏蔽界面上95板上濾波器的注意事項(xiàng)濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機(jī)箱或大金屬板緊密搭接為濾波設(shè)置干凈地在接口處設(shè)置檔板濾波器靠近接口96面板上濾波的簡(jiǎn)易（臨時(shí)）方法容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡?dú)石電容，引線盡量短97電纜濾波的方法屏蔽盒饋通濾波器連接器98自制面板濾波器濾波電路可以按照需要設(shè)計(jì)，但是至少有一級(jí)饋通濾波器連接器按照需要選擇，也可以是引線錫焊，保證完