電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題ppt課件

1、第八章第八章 電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題8.1 8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 在工業(yè)測試現(xiàn)場存在著嚴(yán)重的干擾，在工業(yè)測試現(xiàn)場存在著嚴(yán)重的干擾，如聲、電、光、磁、振動，以及化學(xué)腐如聲、電、光、磁、振動，以及化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等。這些干擾會對安裝蝕、高溫、高壓等。這些干擾會對安裝在工業(yè)現(xiàn)場的丈量呵斥影響，輕那么影在工業(yè)現(xiàn)場的丈量呵斥影響，輕那么影響其精度，重那么是系統(tǒng)無法任務(wù)。響其精度，重那么是系統(tǒng)無法任務(wù)。8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計一、干擾源簡介一、干擾源簡介1、外部干擾、外部干擾1自然干擾：只能對電子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾自然干擾：只能對

2、電子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的自然景象，如雷電、宇宙輻射、太陽的自然景象，如雷電、宇宙輻射、太陽黑子的活動及空間電離層的變化等，即黑子的活動及空間電離層的變化等，即主要來自天空。主要來自天空。 因此這種干擾主要影響通訊設(shè)備等高頻因此這種干擾主要影響通訊設(shè)備等高頻電子設(shè)備，對工業(yè)用的電子系統(tǒng)，雖然電子設(shè)備，對工業(yè)用的電子系統(tǒng)，雖然有一定影響，但影響不大。有一定影響，但影響不大。2人為干擾：指由各種電器設(shè)備所產(chǎn)生人為干擾：指由各種電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場，電火花呵斥的干擾。的電磁場，電火花呵斥的干擾。 如電火花加熱、電弧焊接、高頻加熱、如電火花加熱、電弧焊接、高頻加熱、可控硅整流、開關(guān)電源等強電系統(tǒng)。這可控硅整

3、流、開關(guān)電源等強電系統(tǒng)。這些干擾源主要經(jīng)過供電電源，以及向周些干擾源主要經(jīng)過供電電源，以及向周圍產(chǎn)生電磁場來影響電子系統(tǒng)。圍產(chǎn)生電磁場來影響電子系統(tǒng)。二、內(nèi)部干擾二、內(nèi)部干擾熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自在電子無規(guī)那熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自在電子無規(guī)那么的熱運動所產(chǎn)生的。這種噪聲除了在么的熱運動所產(chǎn)生的。這種噪聲除了在超低溫外事不可防止的。溫度越低噪聲超低溫外事不可防止的。溫度越低噪聲越小，所以要盡量抑制溫度的上升。越小，所以要盡量抑制溫度的上升。接觸不良引起的噪聲：電路布線的銜接不接觸不良引起的噪聲：電路布線的銜接不牢或接觸不良引起的噪聲。牢或接觸不良引起的噪聲。感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的靜

4、電感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的靜電感應(yīng)而呵斥的各電路的相互關(guān)擾所引起感應(yīng)而呵斥的各電路的相互關(guān)擾所引起的噪聲。的噪聲。信號失真引起的噪聲：信號波形在電路中信號失真引起的噪聲：信號波形在電路中失真畸變而引起的噪聲。失真畸變而引起的噪聲。自激振蕩：具有放大功能的電路，其輸出自激振蕩：具有放大功能的電路，其輸出信號的一部分經(jīng)過信號的一部分經(jīng)過“寄生耦合以正反寄生耦合以正反響的方式加到電路的輸入端而產(chǎn)生不需響的方式加到電路的輸入端而產(chǎn)生不需求的自激振蕩構(gòu)成的噪聲。求的自激振蕩構(gòu)成的噪聲。二、干擾的傳輸方式二、干擾的傳輸方式 干擾源對丈量控制系統(tǒng)產(chǎn)生不良影干擾源對丈量控制系統(tǒng)產(chǎn)生不良影呼應(yīng)具備三個要

5、素：干擾源、丈量系統(tǒng)呼應(yīng)具備三個要素：干擾源、丈量系統(tǒng)對干擾具有敏感的接納電路、干擾源與對干擾具有敏感的接納電路、干擾源與丈量系統(tǒng)之間具有適宜的傳輸方式丈量系統(tǒng)之間具有適宜的傳輸方式耦合。耦合。 1、電容性干擾電場耦合、電容性干擾電場耦合 在電路板上一切相互絕緣的導(dǎo)線或支路都在電路板上一切相互絕緣的導(dǎo)線或支路都存在寄生電容，放大器輸入引線和輸出引線、存在寄生電容，放大器輸入引線和輸出引線、外界電力線等電器設(shè)備之間也存在著寄生電容。外界電力線等電器設(shè)備之間也存在著寄生電容。寄生電容的存在會使一條支路或元件上的寄生電容的存在會使一條支路或元件上的電荷經(jīng)過寄生電容傳送到另條支路上，通常稱電荷經(jīng)過寄生

6、電容傳送到另條支路上，通常稱這種傳輸方式為電容性耦合，亦稱電場耦合。這種傳輸方式為電容性耦合，亦稱電場耦合。2、互感性耦合磁場耦合、互感性耦合磁場耦合 互感性耦合的本質(zhì)是磁場耦合，由于互互感性耦合的本質(zhì)是磁場耦合，由于互感的存在，會在被干擾電路產(chǎn)生干擾電感的存在，會在被干擾電路產(chǎn)生干擾電壓，構(gòu)成干擾。壓，構(gòu)成干擾。 3、漏電流耦合、漏電流耦合 由于元件支架、接線柱、印刷電路板、電由于元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)等都是有一定的絕緣電阻的，因此容內(nèi)部介質(zhì)等都是有一定的絕緣電阻的，因此流過絕緣電阻的漏電流也會耦合干擾。特別是流過絕緣電阻的漏電流也會耦合干擾。特別是當(dāng)漏電流流入高輸入電阻

7、放大器的輸入級時，當(dāng)漏電流流入高輸入電阻放大器的輸入級時，其影響特別嚴(yán)重。其影響特別嚴(yán)重。4、共阻抗耦合、共阻抗耦合 共阻抗是指兩個或兩個以上電路所共有阻抗。共共阻抗是指兩個或兩個以上電路所共有阻抗。共阻抗耦合是指當(dāng)一個電路中的電流流過公共阻抗時，阻抗耦合是指當(dāng)一個電路中的電流流過公共阻抗時，在公共阻抗上產(chǎn)生一定的壓降，此時，共阻抗上的電在公共阻抗上產(chǎn)生一定的壓降，此時，共阻抗上的電壓就是其他電路的干擾電壓。壓就是其他電路的干擾電壓。 共阻抗耦合干擾是電子系統(tǒng)中最常見的，如幾個電路共共阻抗耦合干擾是電子系統(tǒng)中最常見的，如幾個電路共用一個直流電源供電時，直流電源內(nèi)部電阻就是共阻用一個直流電源供電

8、時，直流電源內(nèi)部電阻就是共阻抗；在多級放大器中，各放大級會經(jīng)過地線電阻產(chǎn)生抗；在多級放大器中，各放大級會經(jīng)過地線電阻產(chǎn)生相互關(guān)擾。相互關(guān)擾。三、電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計三、電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 1、抑制干擾的三種方法、抑制干擾的三種方法1消除干擾源消除干擾源“滅干擾的方法滅干擾的方法 普通情況下，干擾都應(yīng)該消除。假普通情況下，干擾都應(yīng)該消除。假設(shè)不能消除，可采用其他方法。設(shè)不能消除，可采用其他方法。2破壞干擾的傳輸途徑破壞干擾的傳輸途徑“阻止干阻止干擾的方法擾的方法 對于以對于以“路的方式傳輸?shù)母蓴_，路的方式傳輸?shù)母蓴_，如共阻如共阻 抗耦合、漏電流耦合，可采用合抗耦合、漏電流耦合，可采用合理接地技

9、術(shù)、提高絕緣性能、隔離變壓理接地技術(shù)、提高絕緣性能、隔離變壓器等。器等。 以以“場的方式傳輸?shù)母蓴_，普通場的方式傳輸?shù)母蓴_，普通采用屏蔽和接地技術(shù)。采用屏蔽和接地技術(shù)。3提高接納電路抗干擾才干提高接納電路抗干擾才干“抗抗的方法的方法 普通情況下普通情況下 高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路更容高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路更容易遭到干擾的影響。易遭到干擾的影響。 規(guī)劃松散的電子安裝比構(gòu)造緊湊的電子規(guī)劃松散的電子安裝比構(gòu)造緊湊的電子安裝更易受外來干擾。安裝更易受外來干擾。 模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾才干差。模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾才干差。 2、抗干擾設(shè)計、抗干擾設(shè)計(1)屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù) 屏蔽技術(shù)

10、的根本原理時把電道路和磁力線屏蔽技術(shù)的根本原理時把電道路和磁力線的影響限制在某一個范圍，即隔離的影響限制在某一個范圍，即隔離“場的耦場的耦合。常用低電阻的金屬資料如銅和鋁制成合。常用低電阻的金屬資料如銅和鋁制成一個空腔的金屬盒，將電路置于屏蔽盒，并將一個空腔的金屬盒，將電路置于屏蔽盒，并將屏蔽良好地接大地靜電屏蔽；用高導(dǎo)磁資屏蔽良好地接大地靜電屏蔽；用高導(dǎo)磁資料，如坡莫合金，做屏蔽罩，使干擾磁場的磁料，如坡莫合金，做屏蔽罩，使干擾磁場的磁力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路，防止低頻磁場干力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路，防止低頻磁場干擾。擾。 常利用設(shè)備外殼做屏蔽，應(yīng)留意與電路地常利用設(shè)備外殼做屏蔽，應(yīng)留意與電

11、路地實現(xiàn)良好的搭接。假設(shè)采用塑料機箱，實現(xiàn)良好的搭接。假設(shè)采用塑料機箱，在必要時，應(yīng)在內(nèi)部噴涂金屬作為屏蔽在必要時，應(yīng)在內(nèi)部噴涂金屬作為屏蔽層。層。2留意元件的安裝位置與角度。特別是留意元件的安裝位置與角度。特別是變壓器、電感線圈等產(chǎn)生的磁場具有特變壓器、電感線圈等產(chǎn)生的磁場具有特定的方向性應(yīng)思索它們對其它電路的影定的方向性應(yīng)思索它們對其它電路的影響。響。3采用雙絞線、同軸電纜作為長間隔信采用雙絞線、同軸電纜作為長間隔信號的傳導(dǎo)線號的傳導(dǎo)線.4采用變壓器隔離采用變壓器隔離5采用光電耦合器隔離采用光電耦合器隔離 6濾波濾波 采用濾波器使信號與干擾在頻采用濾波器使信號與干擾在頻譜上分別。為了減少寬

12、帶噪聲干擾，在譜上分別。為了減少寬帶噪聲干擾，在能夠條件下，使電路的各個環(huán)節(jié)做成窄能夠條件下，使電路的各個環(huán)節(jié)做成窄帶，以限制噪聲。帶，以限制噪聲。7接地 電器設(shè)備的平安地線：在電器設(shè)備中，為了確保平安，把三相四線制電網(wǎng)的零線、機殼底盤及人易接觸的導(dǎo)電部分接大地，以防漏電呵斥人身事故。 電子安裝的信號地：普通指與電信號的基準(zhǔn)電位相連的導(dǎo)線。模擬信號地線：指模擬信號電位為零的公共線。數(shù)字信號地線：數(shù)字信號零電平的公共線。 電路的接地準(zhǔn)那么：為防止電路中的公電路的接地準(zhǔn)那么：為防止電路中的公共地線電阻引起干擾，采用一點接地。共地線電阻引起干擾，采用一點接地。即把電路按其功能及信號強弱分為假設(shè)即把電

13、路按其功能及信號強弱分為假設(shè)干子電路，每個子電路在一點接地，然干子電路，每個子電路在一點接地，然后把這些子電路的地線又在一點接地組后把這些子電路的地線又在一點接地組成系統(tǒng)地。成系統(tǒng)地。 溫度對電子設(shè)備的影響：使性能下降，不能溫度對電子設(shè)備的影響：使性能下降，不能穩(wěn)定可靠任務(wù)，直至器件受損至毀壞。穩(wěn)定可靠任務(wù)，直至器件受損至毀壞。 熱設(shè)計的目的：使設(shè)備的整機溫度和內(nèi)部各熱設(shè)計的目的：使設(shè)備的整機溫度和內(nèi)部各部分電路元件之間的溫度分布堅持在一個控部分電路元件之間的溫度分布堅持在一個控制值之內(nèi)，對于普通器件的器件任務(wù)溫度范制值之內(nèi)，對于普通器件的器件任務(wù)溫度范圍只需幾十或一百多攝氏度，溫度太低時，圍

14、只需幾十或一百多攝氏度，溫度太低時，需求進展預(yù)熱升溫，到達器件任務(wù)溫度后方需求進展預(yù)熱升溫，到達器件任務(wù)溫度后方可正常任務(wù)。主要處理的問題是大規(guī)模芯片可正常任務(wù)。主要處理的問題是大規(guī)模芯片和大功率電路本身發(fā)熱，要對其進展散熱降和大功率電路本身發(fā)熱，要對其進展散熱降溫。溫。 這里指的熱設(shè)計是對設(shè)備的發(fā)熱器件及整個這里指的熱設(shè)計是對設(shè)備的發(fā)熱器件及整個設(shè)備的溫度進展控制而采取的措施。設(shè)備的溫度進展控制而采取的措施。一、功率器件的散熱一、功率器件的散熱 系統(tǒng)內(nèi)主要的發(fā)熱器件對多采用安裝散熱片，系統(tǒng)內(nèi)主要的發(fā)熱器件對多采用安裝散熱片，或部分風(fēng)冷的方法?；虿糠诛L(fēng)冷的方法。 對大的發(fā)熱元件應(yīng)留有較大的周圍

15、空間，采用對大的發(fā)熱元件應(yīng)留有較大的周圍空間，采用易于散熱的安裝方式。易于散熱的安裝方式。 經(jīng)過經(jīng)過EDA工具，可以根據(jù)所設(shè)計的工具，可以根據(jù)所設(shè)計的PCB上的溫上的溫度分布效果圖，對元件陳列位置和密度進展調(diào)度分布效果圖，對元件陳列位置和密度進展調(diào)整。整。PCB豎立安裝通常比橫臥安裝的散熱效果豎立安裝通常比橫臥安裝的散熱效果好。好。 二、整機的散熱二、整機的散熱 常用的方法是機箱開通風(fēng)孔，安裝排氣常用的方法是機箱開通風(fēng)孔，安裝排氣扇，盡量使主要發(fā)熱的元件處于風(fēng)路上。扇，盡量使主要發(fā)熱的元件處于風(fēng)路上。 通常電子設(shè)備的金屬外殼，常利用兼做通常電子設(shè)備的金屬外殼，常利用兼做散熱器，將功率器件直接安

16、裝在外殼上，散熱器，將功率器件直接安裝在外殼上，但留意電絕緣和平安問題。但留意電絕緣和平安問題。8.3 可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計 可靠性設(shè)計使指在設(shè)計電子系統(tǒng)時，不僅可靠性設(shè)計使指在設(shè)計電子系統(tǒng)時，不僅要關(guān)懷系統(tǒng)的功能，還應(yīng)將可靠性列為要關(guān)懷系統(tǒng)的功能，還應(yīng)將可靠性列為一項可到達的目的。即在規(guī)定的時間內(nèi)一項可到達的目的。即在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能。完成規(guī)定的功能。在系統(tǒng)實現(xiàn)中，器件處于兩種可靠性構(gòu)造形狀：在系統(tǒng)實現(xiàn)中，器件處于兩種可靠性構(gòu)造形狀：可靠性串聯(lián)構(gòu)造：可靠性串聯(lián)構(gòu)造：N個元件中任何一個失效，都個元件中任何一個失效，都會引起整個系統(tǒng)的失效。會引起整個系統(tǒng)的失效?？煽啃圆⒙?lián)構(gòu)造：可靠性并

17、聯(lián)構(gòu)造： N個元件全部失效，才會引起個元件全部失效，才會引起整個系統(tǒng)的失效。整個系統(tǒng)的失效。 大多數(shù)民用產(chǎn)品采用可靠性串聯(lián)構(gòu)大多數(shù)民用產(chǎn)品采用可靠性串聯(lián)構(gòu)造，除了選用失效率低的器件外，應(yīng)盡造，除了選用失效率低的器件外，應(yīng)盡量采用集成度高的器件，以減少器件的量采用集成度高的器件，以減少器件的總數(shù)。對于重要的系統(tǒng)，部件和電路可總數(shù)。對于重要的系統(tǒng)，部件和電路可采用可靠性并聯(lián)構(gòu)造設(shè)計或兩種構(gòu)造混采用可靠性并聯(lián)構(gòu)造設(shè)計或兩種構(gòu)造混合的設(shè)計方法。合的設(shè)計方法。8.4 數(shù)字系統(tǒng)可測試性設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)可測試性設(shè)計8.5 PCB知識模擬電路的調(diào)試1晶體管電路，假設(shè)不正常任務(wù)，首先斷開級聯(lián)與反響，檢查任務(wù)點。2運放電路著重檢查差分輸入端電位。 排除自激缺點，可斷開反響，逐級將輸入端交流短路接地，針對自激緣由，采用旁路電容、負(fù)反響等措施改善。3模擬電路輸入阻抗的丈量；采用電阻分壓法丈量。4輸入短路等效噪聲丈量。5網(wǎng)絡(luò)頻率呼應(yīng)特性的丈量：用掃頻儀幅頻特性，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或信號源加信號分析儀測試其幅頻或相頻特性。6失真度丈量：采用失真度儀直接丈量模擬電路的調(diào)試應(yīng)逐級跟蹤控制調(diào)試，主要難點：排除自激和降低系統(tǒng)的噪聲。數(shù)字電路系統(tǒng)的調(diào)試主要調(diào)試儀器：中小規(guī)模數(shù)字集成電路：萬用表、邏輯筆和示波器