第七章檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

1、第第7章章 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)7.2 干擾的引入干擾的引入7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法第第7章章 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 測(cè)量過(guò)程中常會(huì)遇到各種各樣的干擾，不測(cè)量過(guò)程中常會(huì)遇到各種各樣的干擾，不僅能造成邏輯關(guān)系混亂，使系統(tǒng)測(cè)量和控制失僅能造成邏輯關(guān)系混亂，使系統(tǒng)測(cè)量和控制失靈，以致降低產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至造成系統(tǒng)無(wú)法靈，以致降低產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至造成系統(tǒng)無(wú)法正常工作，造成損壞和事故。尤其是電子裝置正常工作，造成損壞和事故。尤其是電子裝置的小型化、集成化、數(shù)字化和智能化的廣泛應(yīng)的小型化、集成化、數(shù)字化和智能化的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，有效

2、地排除和抑制各種干擾，用和迅速發(fā)展，有效地排除和抑制各種干擾，已是必需考慮并解決的問(wèn)題。而提高檢測(cè)系統(tǒng)已是必需考慮并解決的問(wèn)題。而提高檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力，首先應(yīng)分析干擾產(chǎn)生的原因、干抗干擾能力，首先應(yīng)分析干擾產(chǎn)生的原因、干擾的引入方式及途徑，才可有針對(duì)性地解決系擾的引入方式及途徑，才可有針對(duì)性地解決系統(tǒng)抗干擾問(wèn)題。統(tǒng)抗干擾問(wèn)題。 干擾來(lái)自干擾源，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境中干擾干擾來(lái)自干擾源，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境中干擾源是各種各樣的。按干擾的來(lái)源，可以將干擾源是各種各樣的。按干擾的來(lái)源，可以將干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾。分為內(nèi)部干擾和外部干擾。7.1.1 外部干擾外部干擾 電氣設(shè)備、電子設(shè)備、通信設(shè)施等高密

3、度的電氣設(shè)備、電子設(shè)備、通信設(shè)施等高密度的使用，使得空間電磁波污染越來(lái)越嚴(yán)重。由于自使用，使得空間電磁波污染越來(lái)越嚴(yán)重。由于自然環(huán)境的日趨惡化，自然干擾也隨之增大。然環(huán)境的日趨惡化，自然干擾也隨之增大。7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi) 7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi) 外部干擾外部干擾就是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，由使用條就是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，由使用條件和外界環(huán)境因素所決定的干擾。它主要來(lái)自于件和外界環(huán)境因素所決定的干擾。它主要來(lái)自于自然界的干擾自然界的干擾以及以及周?chē)姎庠O(shè)備的干擾周?chē)姎庠O(shè)備的干擾。 自然干擾主要有地球大氣放電自然干擾主要有地球大氣放電(如雷電如雷電)、

4、宇、宇宙干擾宙干擾(如太陽(yáng)產(chǎn)生的無(wú)線電輻射如太陽(yáng)產(chǎn)生的無(wú)線電輻射)、地球大氣輻、地球大氣輻射以及水蒸氣、雨雪、砂塵、煙塵作用的靜電放射以及水蒸氣、雨雪、砂塵、煙塵作用的靜電放電等，以及高壓輸電線、內(nèi)燃機(jī)、熒光燈、電焊電等，以及高壓輸電線、內(nèi)燃機(jī)、熒光燈、電焊機(jī)等電氣設(shè)備產(chǎn)生的放電干擾。機(jī)等電氣設(shè)備產(chǎn)生的放電干擾。這些干擾源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍較廣、無(wú)規(guī)這些干擾源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍較廣、無(wú)規(guī)律。如雷電干擾，從幾律。如雷電干擾，從幾KHz到幾百到幾百M(fèi)Hz或更高或更高的頻域。自然干擾主要來(lái)自天空，以電磁感應(yīng)的頻域。自然干擾主要來(lái)自天空，以電磁感應(yīng)的方式通過(guò)系統(tǒng)的殼體、導(dǎo)線、敏感器件等形的方式通過(guò)

5、系統(tǒng)的殼體、導(dǎo)線、敏感器件等形成接收電路，造成對(duì)系統(tǒng)的干擾。尤其對(duì)通訊成接收電路，造成對(duì)系統(tǒng)的干擾。尤其對(duì)通訊設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備有較大影響。設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備有較大影響。 檢測(cè)裝置中的半導(dǎo)體器件，在光線作用下檢測(cè)裝置中的半導(dǎo)體器件，在光線作用下將激發(fā)出電子一空穴對(duì)，并產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而將激發(fā)出電子一空穴對(duì)，并產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而影響檢測(cè)裝置的正常工作和精度。所以，要注影響檢測(cè)裝置的正常工作和精度。所以，要注意光的屏蔽問(wèn)題。意光的屏蔽問(wèn)題。 7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi) 各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾有電磁場(chǎng)、電各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾有電磁場(chǎng)、電火花、電弧焊接、高頻加熱、可控硅整流等強(qiáng)火花、電弧焊接、高頻加熱、可

6、控硅整流等強(qiáng)電系統(tǒng)所造成的干擾。這些干擾主要是通過(guò)供電系統(tǒng)所造成的干擾。這些干擾主要是通過(guò)供電電源對(duì)測(cè)量裝置和微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生影響。在電電源對(duì)測(cè)量裝置和微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生影響。在大功率供電系統(tǒng)中。大電流輸電線周?chē)a(chǎn)生大功率供電系統(tǒng)中。大電流輸電線周?chē)a(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)，對(duì)安裝在其附近的智能儀器儀的交變電磁場(chǎng)，對(duì)安裝在其附近的智能儀器儀表也會(huì)產(chǎn)生干擾。表也會(huì)產(chǎn)生干擾。此外，地磁場(chǎng)的影響及來(lái)自電源的高頻干擾也此外，地磁場(chǎng)的影響及來(lái)自電源的高頻干擾也可視為外部干擾?？梢暈橥獠扛蓴_。 7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi) 7.1.2 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾是指系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件、信道、內(nèi)部干擾是指系統(tǒng)內(nèi)部的

7、各種元器件、信道、負(fù)載、電源等引起的各種干擾。下面簡(jiǎn)要介紹計(jì)負(fù)載、電源等引起的各種干擾。下面簡(jiǎn)要介紹計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)重常見(jiàn)的算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)重常見(jiàn)的信號(hào)通道干擾信號(hào)通道干擾、電源電路電源電路干擾干擾和和數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾。n信號(hào)通道干擾信號(hào)通道干擾 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理與執(zhí)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等，都離不開(kāi)信號(hào)通道。在進(jìn)行實(shí)行機(jī)構(gòu)的控制等，都離不開(kāi)信號(hào)通道。在進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)的信道設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意其間的干擾問(wèn)題。際系統(tǒng)的信道設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意其間的干擾問(wèn)題。信號(hào)通道形成的干擾主要有：信號(hào)通道形成的干擾主要有：7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)共模干擾共模干擾 共模

8、干擾對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的放大電路的干擾較大。共模干擾對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的放大電路的干擾較大。是指相對(duì)公共地電位為基準(zhǔn)點(diǎn)，在系統(tǒng)地兩個(gè)是指相對(duì)公共地電位為基準(zhǔn)點(diǎn)，在系統(tǒng)地兩個(gè)輸入端上同時(shí)出現(xiàn)的干擾，即兩個(gè)輸入端和地輸入端上同時(shí)出現(xiàn)的干擾，即兩個(gè)輸入端和地之間存在地電壓。之間存在地電壓。傳導(dǎo)耦合干擾傳導(dǎo)耦合干擾 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中，計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中，容易出現(xiàn)延時(shí)、變形，并可能接收干擾信號(hào)，容易出現(xiàn)延時(shí)、變形，并可能接收干擾信號(hào)，這些因素均會(huì)形成傳導(dǎo)耦合干擾。這些因素均會(huì)形成傳導(dǎo)耦合干擾。7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)靜電耦合干擾靜電耦合干擾 靜電耦合干擾的形成，是由于電路之間的

9、靜電耦合干擾的形成，是由于電路之間的寄生電容使系統(tǒng)內(nèi)某一電路信號(hào)的變化，從而寄生電容使系統(tǒng)內(nèi)某一電路信號(hào)的變化，從而影響其它電路。只要電路中有尖峰信號(hào)和脈沖影響其它電路。只要電路中有尖峰信號(hào)和脈沖信號(hào)等高頻譜的信號(hào)存在，就可能存在靜電耦信號(hào)等高頻譜的信號(hào)存在，就可能存在靜電耦合干擾。因此，檢測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)部分和高合干擾。因此，檢測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)部分和高頻模擬電路部分都是產(chǎn)生靜電耦合干擾的直接頻模擬電路部分都是產(chǎn)生靜電耦合干擾的直接根源。根源。7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)n電源干擾電源干擾 對(duì)于電子、電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，電源干擾是較為對(duì)于電子、電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，電源干擾是較為普遍的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)

10、的實(shí)際應(yīng)用中，普遍的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)是采用是由工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)供電。工業(yè)系大多數(shù)是采用是由工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)供電。工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設(shè)備的啟動(dòng)、停機(jī)等，都可能引統(tǒng)中的某些大設(shè)備的啟動(dòng)、停機(jī)等，都可能引起電源的過(guò)壓、欠壓、浪涌、下陷及尖峰等，起電源的過(guò)壓、欠壓、浪涌、下陷及尖峰等，這些也是要加以重視的干擾因素。同時(shí)，這些這些也是要加以重視的干擾因素。同時(shí)，這些電壓噪聲均通過(guò)電源的內(nèi)阻，耦合到系統(tǒng)內(nèi)部電壓噪聲均通過(guò)電源的內(nèi)阻，耦合到系統(tǒng)內(nèi)部的電路，從而對(duì)系統(tǒng)造成極大的危害。的電路，從而對(duì)系統(tǒng)造成極大的危害。7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)n數(shù)字電路引起的干擾數(shù)字電路引起的干擾 從量值上

11、看，數(shù)字集成電路邏輯門(mén)引出的直從量值上看，數(shù)字集成電路邏輯門(mén)引出的直流電流一般只有流電流一般只有mA級(jí)。由于一般的較低頻率的級(jí)。由于一般的較低頻率的信號(hào)處理電路中對(duì)此問(wèn)題考慮不多，所以容易信號(hào)處理電路中對(duì)此問(wèn)題考慮不多，所以容易使人忽略數(shù)字電路引起的干擾因素。但是，對(duì)使人忽略數(shù)字電路引起的干擾因素。但是，對(duì)于高速采樣及信道切換等場(chǎng)合，即當(dāng)電路處在于高速采樣及信道切換等場(chǎng)合，即當(dāng)電路處在高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，就會(huì)形成較大的干擾。高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，就會(huì)形成較大的干擾。7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)例如，例如，TTL門(mén)電路從導(dǎo)通狀態(tài)門(mén)電路從導(dǎo)通狀態(tài)5mA左右的電流左右的電流到截止?fàn)顟B(tài)到截止?fàn)顟B(tài)1mA的電流，轉(zhuǎn)

12、換時(shí)間為的電流，轉(zhuǎn)換時(shí)間為5ns如果如果在配電線上具有在配電線上具有0.5H的電感，當(dāng)這個(gè)門(mén)電路的電感，當(dāng)這個(gè)門(mén)電路改變狀態(tài)時(shí)，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為：改變狀態(tài)時(shí)，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為：VdtdiLU4 . 0105104105 . 0936（6.1） 如果把這個(gè)數(shù)值乘上典型系統(tǒng)的大量門(mén)電路的個(gè)如果把這個(gè)數(shù)值乘上典型系統(tǒng)的大量門(mén)電路的個(gè)數(shù)，可以看到，雖然這種門(mén)電路的供電電壓僅數(shù)，可以看到，雖然這種門(mén)電路的供電電壓僅5v，但引起的干擾噪聲將是非常顯著的。但引起的干擾噪聲將是非常顯著的。 7.1 干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi) 在實(shí)際的脈沖數(shù)字電路中，對(duì)脈沖中包含的頻在實(shí)際的脈沖數(shù)字電路中，對(duì)脈沖中包

13、含的頻譜應(yīng)有一個(gè)粗略概念。如果脈沖上升時(shí)間譜應(yīng)有一個(gè)粗略概念。如果脈沖上升時(shí)間t為已知為已知量，則可用近似公式求出其等效的最高頻率為：量，則可用近似公式求出其等效的最高頻率為：tf21max（6.2） 由上式算出，由上式算出，5ns的開(kāi)關(guān)時(shí)間相當(dāng)于最高頻率的開(kāi)關(guān)時(shí)間相當(dāng)于最高頻率31.8 MHz。真正的脈沖頻譜取決于脈沖形狀。對(duì)。真正的脈沖頻譜取決于脈沖形狀。對(duì)于非周期性脈沖，其頻率從直流到于非周期性脈沖，其頻率從直流到fmax都會(huì)出現(xiàn)；都會(huì)出現(xiàn)；對(duì)于周期性脈沖，則從對(duì)應(yīng)的重復(fù)頻率起，到對(duì)于周期性脈沖，則從對(duì)應(yīng)的重復(fù)頻率起，到fmax的所有頻率都可能出現(xiàn)。的所有頻率都可能出現(xiàn)。7.1 干擾的分

14、類(lèi)干擾的分類(lèi)7.2 干擾的引入干擾的引入 干擾是一種破壞因素，但它必須通過(guò)一定的傳干擾是一種破壞因素，但它必須通過(guò)一定的傳播途徑才能影響到測(cè)量系統(tǒng)。所以有必要對(duì)干擾播途徑才能影響到測(cè)量系統(tǒng)。所以有必要對(duì)干擾的引入或傳播進(jìn)行必要的分析，切斷或抑制耦合的引入或傳播進(jìn)行必要的分析，切斷或抑制耦合通道，采取使接收電路對(duì)干擾不敏感或使用濾波通道，采取使接收電路對(duì)干擾不敏感或使用濾波等手段，有效地消除干擾。等手段，有效地消除干擾。 干擾的引入和傳播主要有以下幾種：干擾的引入和傳播主要有以下幾種：靜電耦合：靜電耦合：又稱(chēng)靜電感應(yīng)，即干擾經(jīng)雜散電容耦又稱(chēng)靜電感應(yīng)，即干擾經(jīng)雜散電容耦合到電路中去。合到電路中去。

15、電磁耦合：電磁耦合：又稱(chēng)電磁感應(yīng)，即干擾經(jīng)互感耦合到又稱(chēng)電磁感應(yīng)，即干擾經(jīng)互感耦合到電路中去。電路中去。共阻抗耦合：共阻抗耦合：即電流經(jīng)兩個(gè)以上電路之間的公共即電流經(jīng)兩個(gè)以上電路之間的公共阻抗耦合到電路中去。阻抗耦合到電路中去。輻射電磁干擾和漏電流耦合：輻射電磁干擾和漏電流耦合：即在電能頻繁交換即在電能頻繁交換的地方和高頻換能裝置周?chē)嬖诘膹?qiáng)烈電磁輻射的地方和高頻換能裝置周?chē)嬖诘膹?qiáng)烈電磁輻射對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和由于絕緣不良由流經(jīng)絕緣電對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和由于絕緣不良由流經(jīng)絕緣電阻的電流耦合到電流中去的干擾。阻的電流耦合到電流中去的干擾。對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)，干擾引入的電路方式有對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)，干擾引入的電

16、路方式有串模干擾串模干擾和和共模干擾共模干擾。 7.2 干擾的引入干擾的引入7.2.1 串模干擾串模干擾 串模干擾的等效電路如圖串模干擾的等效電路如圖6.1所示。其中，所示。其中，Us為輸入信號(hào)，為輸入信號(hào)，Un為干擾信號(hào)。抗串模干擾能為干擾信號(hào)。抗串模干擾能力用串模抑制比來(lái)表示：力用串模抑制比來(lái)表示：ncmUUSMRlg20 (6.3) 式中：式中：Ucm為串模為串模干擾源的電壓峰值；干擾源的電壓峰值； Un為串模干擾為串模干擾引起的誤差電壓。引起的誤差電壓。 Un 檢檢測(cè)測(cè) 系系統(tǒng)統(tǒng) Us 圖圖6.1 串模干擾等效電路串模干擾等效電路7.2 干擾的引入干擾的引入7.2.2 共模干擾共模干擾

17、信號(hào)通道間可能存在共模干擾，可以歸納為下面信號(hào)通道間可能存在共模干擾，可以歸納為下面三類(lèi)：三類(lèi)：n由被測(cè)信號(hào)源的特點(diǎn)產(chǎn)生共模干擾由被測(cè)信號(hào)源的特點(diǎn)產(chǎn)生共模干擾如圖如圖6.2所示，具有雙端輸出的差分放大器和不所示，具有雙端輸出的差分放大器和不平衡電橋等不具有對(duì)地產(chǎn)生的共模干擾。平衡電橋等不具有對(duì)地產(chǎn)生的共模干擾。 a c R R Rt R U 2UUaURRRUttcURRRUtURRRUUt22 2UURRRt差模電壓差模電壓 共模電壓共模電壓 2U(6.4) (6.5) (6.6) (6.7) 圖圖6.2 共模電共模電壓示意圖壓示意圖n電磁場(chǎng)干擾引起共模干擾電磁場(chǎng)干擾引起共模干擾 當(dāng)高壓設(shè)備

18、產(chǎn)生的電場(chǎng)同時(shí)通過(guò)分布電容耦當(dāng)高壓設(shè)備產(chǎn)生的電場(chǎng)同時(shí)通過(guò)分布電容耦合到無(wú)屏蔽的雙輸入線，而使之具有對(duì)地電位合到無(wú)屏蔽的雙輸入線，而使之具有對(duì)地電位時(shí)，或者交流大電流設(shè)備的磁場(chǎng)通過(guò)雙輸入線時(shí)，或者交流大電流設(shè)備的磁場(chǎng)通過(guò)雙輸入線的互感在雙輸入線中感應(yīng)出相同大小的電動(dòng)勢(shì)的互感在雙輸入線中感應(yīng)出相同大小的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，都有可能產(chǎn)生共模電壓施加在兩個(gè)輸入端。時(shí)，都有可能產(chǎn)生共模電壓施加在兩個(gè)輸入端。HCCCHCCCUCCCUCCCU3113131111HCCCUCCCU4222 (6.8)(6.8) (6.9) 如圖如圖6.3a，若，若U H很高，通過(guò)局部電容很高，通過(guò)局部電容C C1，C C2，C C3

19、，C C4耦合到無(wú)屏蔽雙輸入線上的對(duì)地耦合到無(wú)屏蔽雙輸入線上的對(duì)地電壓是電壓是U H在相應(yīng)電容上的分壓值在相應(yīng)電容上的分壓值U 1及及U 2: I C C C C4 4 C C C C3 3 C C C C2 2 C C C C1 1 UH 高高壓壓US 傳傳感感器器外外殼殼 測(cè)測(cè)量量電電路路 儀儀器器外外殼殼 傳傳感感器器外外殼殼 EEUS 測(cè)測(cè)量量電電路路 儀儀器器外外殼殼 a) b) 圖6.3 電磁場(chǎng)干擾引起共模電壓當(dāng)當(dāng)U 1U 2時(shí)，它們即是共模干擾電壓；當(dāng)時(shí)，它們即是共模干擾電壓；當(dāng)U 1U 2時(shí)，則既有共模干擾電壓，又有差模干時(shí)，則既有共模干擾電壓，又有差模干擾電壓。圖擾電壓。圖6

20、.3b表示大電流導(dǎo)體的電磁場(chǎng)在表示大電流導(dǎo)體的電磁場(chǎng)在雙輸入線中感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電動(dòng)勢(shì)雙輸入線中感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電動(dòng)勢(shì)E1及及E2也也具有相似的性質(zhì)。即當(dāng)具有相似的性質(zhì)。即當(dāng)E1E2時(shí)，產(chǎn)生共模時(shí)，產(chǎn)生共模干擾；當(dāng)干擾；當(dāng)E1E2時(shí)，既產(chǎn)生共模干擾又產(chǎn)生時(shí)，既產(chǎn)生共模干擾又產(chǎn)生差模干擾電動(dòng)勢(shì)差模干擾電動(dòng)勢(shì)EnE1E2。n由不同地電位引起的共模干擾由不同地電位引起的共模干擾 當(dāng)被測(cè)信號(hào)源與檢測(cè)裝置相隔較遠(yuǎn)，不能當(dāng)被測(cè)信號(hào)源與檢測(cè)裝置相隔較遠(yuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)共同的實(shí)現(xiàn)共同的“大地點(diǎn)大地點(diǎn)”上接地時(shí)，由于來(lái)自上接地時(shí)，由于來(lái)自強(qiáng)電設(shè)備的大電流流經(jīng)大地或接地系統(tǒng)導(dǎo)體，強(qiáng)電設(shè)備的大電流流經(jīng)大地或接地系統(tǒng)導(dǎo)體，使得

21、各點(diǎn)電位不同，并造成兩個(gè)接地點(diǎn)的電使得各點(diǎn)電位不同，并造成兩個(gè)接地點(diǎn)的電位差位差Uce，即會(huì)產(chǎn)生共模干擾電壓，如圖，即會(huì)產(chǎn)生共模干擾電壓，如圖6.4所示。圖中所示。圖中Re為兩個(gè)接地點(diǎn)間的等效電阻。為兩個(gè)接地點(diǎn)間的等效電阻。 Icm Uce Icm2 Icm1 Re RL2 RL1 RS 傳感器外殼傳感器外殼 US 測(cè)量電路測(cè)量電路 儀器外殼儀器外殼 圖圖 6.4 地電位差形成共模干擾電壓地電位差形成共模干擾電壓 檢測(cè)系統(tǒng)中，主要從檢測(cè)系統(tǒng)中，主要從硬件硬件和和軟件軟件兩個(gè)方面來(lái)兩個(gè)方面來(lái)考抑制干擾?？家种聘蓴_。主要方法有：主要方法有：接地接地、屏蔽屏蔽、去耦去耦，軟件軟件抗干擾?？垢蓴_。7.

22、3.1 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的接地計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的接地 接地技術(shù)起源于強(qiáng)電，其概念是將電網(wǎng)的零接地技術(shù)起源于強(qiáng)電，其概念是將電網(wǎng)的零線及各種設(shè)備的外殼接大地，以起到保障人身和線及各種設(shè)備的外殼接大地，以起到保障人身和設(shè)備安全的目的。設(shè)備安全的目的。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 在電子裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，接地又有了新在電子裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，接地又有了新的內(nèi)涵，這里的的內(nèi)涵，這里的“地地”是指輸入信號(hào)與輸出信號(hào)是指輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的公共零電位的公共零電位，它本身可能是與大地相隔離。而，它本身可能是與大地相隔離。而接地不僅是保護(hù)人身和設(shè)備安全，也是抑制噪聲接地不僅是保護(hù)人身和設(shè)備安全，也是抑

23、制噪聲干擾，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。在設(shè)計(jì)和干擾，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。在設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中，如果能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起安裝過(guò)程中，如果能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來(lái)使用，是可以抑制大部分干擾的。因此，接地來(lái)使用，是可以抑制大部分干擾的。因此，接地是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須加以充分而考慮的問(wèn)題。是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須加以充分而考慮的問(wèn)題。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 正確的接地，可消除各電路電流流經(jīng)公共地正確的接地，可消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免磁場(chǎng)和地電線阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免磁場(chǎng)和地電位差的影響，不使其形成地環(huán)路，避免噪聲耦位差的影響，不使其形成地環(huán)路，避

24、免噪聲耦合的影響。合的影響。 作為導(dǎo)體，地球的體積非常大，其靜電容作為導(dǎo)體，地球的體積非常大，其靜電容量也是非常大的，故其電位比較恒定。在實(shí)際量也是非常大的，故其電位比較恒定。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，常將地球電位作為基準(zhǔn)電位，的工程應(yīng)用中，常將地球電位作為基準(zhǔn)電位，即零電位。即零電位。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 通過(guò)導(dǎo)體與大地相連時(shí)，即使有少許的接通過(guò)導(dǎo)體與大地相連時(shí)，即使有少許的接地電阻，只要沒(méi)有電流導(dǎo)入大地，可以認(rèn)為導(dǎo)地電阻，只要沒(méi)有電流導(dǎo)入大地，可以認(rèn)為導(dǎo)體的各部分以及與該導(dǎo)體連接的其他導(dǎo)體全都體的各部分以及與該導(dǎo)體連接的其他導(dǎo)體全都和大地一樣為零電位。和大地一樣為零電位。 當(dāng)然，

25、檢測(cè)系統(tǒng)在工作時(shí)，系統(tǒng)和基準(zhǔn)電位當(dāng)然，檢測(cè)系統(tǒng)在工作時(shí)，系統(tǒng)和基準(zhǔn)電位之間總會(huì)有微小的電位差，要完全不讓電注流之間總會(huì)有微小的電位差，要完全不讓電注流入接地點(diǎn)是困難的。因此，接地電位的變化是入接地點(diǎn)是困難的。因此，接地電位的變化是產(chǎn)生干擾的最大原因之一。產(chǎn)生干擾的最大原因之一。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法7.3.2 接地的類(lèi)型接地的類(lèi)型 檢測(cè)系統(tǒng)的接地主要有二種類(lèi)型：檢測(cè)系統(tǒng)的接地主要有二種類(lèi)型：保護(hù)接地保護(hù)接地： 保護(hù)接地是為了避免因設(shè)備的絕緣損壞或性保護(hù)接地是為了避免因設(shè)備的絕緣損壞或性能下降時(shí)，系統(tǒng)操作人員遭受觸電危險(xiǎn)和保證系能下降時(shí)，系統(tǒng)操作人員遭受觸電危險(xiǎn)和保證系統(tǒng)安全而采取

26、的安全措施。統(tǒng)安全而采取的安全措施。工作接地工作接地： 工作接地是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，工作接地是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，防止地環(huán)路引起干擾而采取的防干擾措施。防止地環(huán)路引起干擾而采取的防干擾措施。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地 一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)內(nèi)印制電路板接地的基本原則一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)內(nèi)印制電路板接地的基本原則是是高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地地。因?yàn)樵诘皖l電路中，布線和元件間的電感并。因?yàn)樵诘皖l電路中，布線和元件間的電感并不是大問(wèn)題，而公共阻抗耦合干擾的影響較大，不是大問(wèn)題，而公共阻抗耦合

27、干擾的影響較大，因此，常以一點(diǎn)為接地點(diǎn)。高頻電路中各地線電因此，常以一點(diǎn)為接地點(diǎn)。高頻電路中各地線電路形成的環(huán)路會(huì)產(chǎn)生電感耦合，增加了地線阻抗，路形成的環(huán)路會(huì)產(chǎn)生電感耦合，增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間也會(huì)產(chǎn)生電感耦合。在高頻、甚同時(shí)各地線之間也會(huì)產(chǎn)生電感耦合。在高頻、甚高頻時(shí)，尤其是當(dāng)線長(zhǎng)度等于高頻時(shí)，尤其是當(dāng)線長(zhǎng)度等于1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變得很高。這時(shí)的地線就地線阻抗就會(huì)變得很高。這時(shí)的地線就7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法變成了天線，可以向外輻射噪聲信號(hào)。所以這時(shí)變成了天線，可以向外輻射噪聲信號(hào)。所以這時(shí)的地線長(zhǎng)度應(yīng)小于信號(hào)波長(zhǎng)的的地線長(zhǎng)度應(yīng)小于信號(hào)波長(zhǎng)

28、的1/2，才能防止輻，才能防止輻射干擾，并降低地線阻抗。在超高頻時(shí)，地線長(zhǎng)射干擾，并降低地線阻抗。在超高頻時(shí)，地線長(zhǎng)度應(yīng)小于度應(yīng)小于25mm，并要求地線鍍銀處理。，并要求地線鍍銀處理。 一般，一般，頻率在頻率在1MHz以下，可用一點(diǎn)接地以下，可用一點(diǎn)接地；而而高于高于10MHz時(shí)，則應(yīng)多點(diǎn)接地時(shí)，則應(yīng)多點(diǎn)接地。在在110MHz之間時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地的方式，其之間時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地的方式，其地線長(zhǎng)度就不要超過(guò)波長(zhǎng)的地線長(zhǎng)度就不要超過(guò)波長(zhǎng)的1/20。否則，應(yīng)采。否則，應(yīng)采用多點(diǎn)接地的方式用多點(diǎn)接地的方式。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n交流地與信號(hào)地交流地與信號(hào)地 在一段電源地線的兩點(diǎn)間

29、會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓。對(duì)低電平的信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非伏電壓。對(duì)低電平的信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾，必須加以隔離和防止，因此，交常嚴(yán)重的干擾，必須加以隔離和防止，因此，交流地和信號(hào)地不能共用。流地和信號(hào)地不能共用。n浮地與接地浮地與接地 多數(shù)的系統(tǒng)應(yīng)接大地，有些特殊的場(chǎng)合，如飛多數(shù)的系統(tǒng)應(yīng)接大地，有些特殊的場(chǎng)合，如飛行器或船艦上使用的儀器儀表不可能接大地，則行器或船艦上使用的儀器儀表不可能接大地，則應(yīng)采用浮地方式。應(yīng)采用浮地方式。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法系統(tǒng)的浮地就是將系統(tǒng)的各個(gè)部分全部與大地浮系統(tǒng)的浮地就是將系統(tǒng)的各個(gè)部分全

30、部與大地浮置起來(lái)，即浮空，其目的是為了阻斷干擾電流的置起來(lái)，即浮空，其目的是為了阻斷干擾電流的通路。浮地后，檢測(cè)電路的公共線與大地（或者通路。浮地后，檢測(cè)電路的公共線與大地（或者機(jī)殼）之間的阻抗很大，所以，浮地同接地相比，機(jī)殼）之間的阻抗很大，所以，浮地同接地相比，能更強(qiáng)地抑制共模干擾電流。浮地方法簡(jiǎn)單，但能更強(qiáng)地抑制共模干擾電流。浮地方法簡(jiǎn)單，但全系統(tǒng)與地的絕緣電阻不能小于全系統(tǒng)與地的絕緣電阻不能小于50M。這種方法。這種方法有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降便會(huì)帶來(lái)有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降便會(huì)帶來(lái)干擾；此外，浮空容易產(chǎn)生靜電，也會(huì)導(dǎo)致干擾。干擾；此外，浮空容易產(chǎn)生靜電，也會(huì)導(dǎo)致干

31、擾。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 還有一種方法，將系統(tǒng)的機(jī)殼接地，其余部分還有一種方法，將系統(tǒng)的機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，而且安全可靠，但浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，而且安全可靠，但制造工藝較復(fù)雜。制造工藝較復(fù)雜。n數(shù)字地?cái)?shù)字地 數(shù)字地又稱(chēng)邏輯地，主要是邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，如數(shù)字地又稱(chēng)邏輯地，主要是邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，如TTL、CMOS印刷板等數(shù)字邏輯電路的零電位。印印刷板等數(shù)字邏輯電路的零電位。印刷板中的地線應(yīng)呈網(wǎng)狀，其他布線不要形成環(huán)路，刷板中的地線應(yīng)呈網(wǎng)狀，其他布線不要形成環(huán)路，特別是環(huán)繞外周的環(huán)路，在噪聲干擾上這是很重要特別是環(huán)繞外周的環(huán)路，在噪聲干擾上這是很重要的問(wèn)

32、題。印刷板中的條狀線不要長(zhǎng)距離平行，不得的問(wèn)題。印刷板中的條狀線不要長(zhǎng)距離平行，不得已時(shí)，應(yīng)加隔離電極和跨接線，或作屏蔽處理。已時(shí)，應(yīng)加隔離電極和跨接線，或作屏蔽處理。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n模擬地模擬地 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，利用在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，利用A/D轉(zhuǎn)換為常用方式，轉(zhuǎn)換為常用方式，而模擬量的接地問(wèn)題是必須重視的。當(dāng)輸入而模擬量的接地問(wèn)題是必須重視的。當(dāng)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)較弱轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)較弱(050mV)時(shí)，模擬地的時(shí)，模擬地的接法顯得尤為重要。接法顯得尤為重要。 為了提高抗共模干擾的能力，可采用三線采樣為了提高抗共模干擾的能力，可采用三線采樣雙層屏蔽浮地技術(shù)。所

33、謂三線采樣，就是將地線雙層屏蔽浮地技術(shù)。所謂三線采樣，就是將地線和信號(hào)線一起采樣，這樣的雙層屏蔽技術(shù)是抗共和信號(hào)線一起采樣，這樣的雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的辦法。如圖模干擾最有效的辦法。如圖6.5所示，其中，圖所示，其中，圖6.5（b）為圖）為圖6.5（a）的等效電路。）的等效電路。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 在等效電路圖中，在等效電路圖中，R3為測(cè)量裝置為測(cè)量裝置A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的等效輸入電阻；的等效輸入電阻；R4為低端到內(nèi)屏蔽的漏電阻，為低端到內(nèi)屏蔽的漏電阻，約約109；C4為低端到內(nèi)屏蔽的寄生電容，約為為低端到內(nèi)屏蔽的寄生電容，約為2500pF；R5為內(nèi)屏蔽到外蔽漏電阻

34、，約為內(nèi)屏蔽到外蔽漏電阻，約109；C5為內(nèi)屏蔽到外屏蔽的寄生電容，約為為內(nèi)屏蔽到外屏蔽的寄生電容，約為2500pF；R6為低端到外屏蔽的漏電阻，約為低端到外屏蔽的漏電阻，約1011；C6為低為低端到外屏蔽的寄生電容，約端到外屏蔽的寄生電容，約2pF。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法共模電壓共模電壓(U/2+Uac)所引起的共模電流所引起的共模電流IcMl、IcM2、IcM3中，中，IcMl是主要部分，它通過(guò)內(nèi)屏蔽是主要部分，它通過(guò)內(nèi)屏蔽R5、C5入地，不通過(guò)入地，不通過(guò)R2，所以不會(huì)引起與信號(hào)源相串，所以不會(huì)引起與信號(hào)源相串聯(lián)的常態(tài)干擾；聯(lián)的常態(tài)干擾；IcM2流過(guò)的阻抗比流過(guò)的阻抗比Ic

35、Ml流過(guò)的大一流過(guò)的大一倍，其電流只有倍，其電流只有IcMl的一半；的一半；IcM3在在R2上所產(chǎn)生上所產(chǎn)生的壓降可以忽略不計(jì)。此時(shí)只有的壓降可以忽略不計(jì)。此時(shí)只有IcM2在在R2上的壓上的壓降導(dǎo)致常態(tài)干擾而引起誤差，但其數(shù)值很小。如降導(dǎo)致常態(tài)干擾而引起誤差，但其數(shù)值很小。如10V(DC)的共模電壓僅產(chǎn)生的共模電壓僅產(chǎn)生0.1V的的DC常態(tài)型常態(tài)型電壓和電壓和20V的的AC常態(tài)型電壓。常態(tài)型電壓。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器和機(jī)殼之間容易在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器和機(jī)殼之間容易引起共模干擾，所以引起共模干擾，所以A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地一般采轉(zhuǎn)換器的模擬地一般采用

36、浮空隔離的方式，即用浮空隔離的方式，即A/D轉(zhuǎn)換器不接地，它的轉(zhuǎn)換器不接地，它的電源自成回路。電源自成回路。A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)的連接通過(guò)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)的連接通過(guò)脈沖變壓器或光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈沖變壓器或光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 2 K 2 K 2 K 2 K A/ D 內(nèi)屏蔽 外屏蔽 信號(hào)地 機(jī)器地 U 共模 地 低 高 傳感器 計(jì)算機(jī) a ) 內(nèi)內(nèi)屏屏蔽蔽 高高 R4 R5 ICM2 ICM1 C6 R6 C5 C4 ICM3 R3= 1 K R2= 1 K R1= 1 K 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)部部分分 U/ 2 Ua c 共共模模電電壓壓 模模擬擬地地 低低 外外

37、屏屏蔽蔽 b ） 圖6.5 A/D轉(zhuǎn)換器的屏蔽圖6.5 A/D轉(zhuǎn)換器的屏蔽 2 K 2 K 2 K 2 K A /D 內(nèi) 屏 蔽 外 屏 蔽 信 號(hào) 地 機(jī) 器 地 U 共 模 地 低 高 傳 感 器 計(jì) 算 機(jī) a ) 內(nèi) 屏 蔽 高 R4 R5 IC M 2 IC M 1 C6 R6 C5 C4 IC M 3 R3= 1 K R2= 1 K R1= 1 K 計(jì) 算 機(jī) 部 分 U /2 Ua c 共 模 電 壓 模 擬 地 低 外 屏 蔽 b ） 圖6.5 A/D轉(zhuǎn)換器的屏蔽n信號(hào)地信號(hào)地(傳感器地傳感器地) 在檢測(cè)系統(tǒng)中，傳感器是重要的組成部分，但在檢測(cè)系統(tǒng)中，傳感器是重要的組成部分，但

38、一般的傳感器輸出的信號(hào)都比較微弱，傳輸線較一般的傳感器輸出的信號(hào)都比較微弱，傳輸線較長(zhǎng)，這是很容易受到干擾影響的。所以，傳感器長(zhǎng)，這是很容易受到干擾影響的。所以，傳感器的信號(hào)傳輸線應(yīng)當(dāng)采取屏蔽措施，以減少電磁輻的信號(hào)傳輸線應(yīng)當(dāng)采取屏蔽措施，以減少電磁輻射影響和傳導(dǎo)耦合干擾。射影響和傳導(dǎo)耦合干擾。 傳感器的地，一般以傳感器的地，一般以5導(dǎo)體導(dǎo)體(接地電阻接地電阻)一點(diǎn)入一點(diǎn)入地，注意這種地是不浮空的。地，注意這種地是不浮空的。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n屏蔽地屏蔽地 屏蔽接地的目的是避免電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的干擾。屏蔽接地的目的是避免電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的干擾。實(shí)用中屏蔽的接法根據(jù)屏蔽對(duì)象的不同也

39、各有不實(shí)用中屏蔽的接法根據(jù)屏蔽對(duì)象的不同也各有不同：同：電場(chǎng)屏蔽電場(chǎng)屏蔽：電場(chǎng)屏蔽的目的是解決分布電容的問(wèn)：電場(chǎng)屏蔽的目的是解決分布電容的問(wèn)題，一般以接大地的方式解決。題，一般以接大地的方式解決。電磁場(chǎng)屏蔽電磁場(chǎng)屏蔽：主要是為了避免雷達(dá)、短波電臺(tái)等：主要是為了避免雷達(dá)、短波電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)的輻射干擾問(wèn)題，屏蔽材料要利用低高頻電磁場(chǎng)的輻射干擾問(wèn)題，屏蔽材料要利用低阻金屬材料，最好接大地。阻金屬材料，最好接大地。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法磁路屏蔽：磁路屏蔽：磁路屏蔽是為了防磁鐵、電動(dòng)機(jī)、變壓磁路屏蔽是為了防磁鐵、電動(dòng)機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng)、磁耦合而采取的抗干擾方法，器、線圈等磁感應(yīng)、

40、磁耦合而采取的抗干擾方法，其屏蔽材料為高磁材料。磁路屏蔽以封閉式結(jié)構(gòu)為其屏蔽材料為高磁材料。磁路屏蔽以封閉式結(jié)構(gòu)為妥，并且接大地。妥，并且接大地。放大電路的屏蔽放大電路的屏蔽：檢測(cè)系統(tǒng)分機(jī)中的高增益放大電：檢測(cè)系統(tǒng)分機(jī)中的高增益放大電路最好用金屬罩屏蔽起來(lái)。放大電路的寄生電容會(huì)路最好用金屬罩屏蔽起來(lái)。放大電路的寄生電容會(huì)使放大電路的輸出端到輸入端產(chǎn)生反饋通路，容易使放大電路的輸出端到輸入端產(chǎn)生反饋通路，容易使放大電路產(chǎn)生振蕩。解決的辦法就是將屏蔽體接使放大電路產(chǎn)生振蕩。解決的辦法就是將屏蔽體接到放大電路的公共端，將寄生電容短路以防止反饋，到放大電路的公共端，將寄生電容短路以防止反饋，達(dá)到避免放

41、大電路的振蕩的目的。達(dá)到避免放大電路的振蕩的目的。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 若信號(hào)電路是一點(diǎn)接地，低頻電纜的屏蔽層也若信號(hào)電路是一點(diǎn)接地，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)是一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層接地點(diǎn)有一個(gè)以應(yīng)是一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層接地點(diǎn)有一個(gè)以上，就會(huì)產(chǎn)生噪聲電流。對(duì)于扭絞電纜的芯線來(lái)說(shuō)，上，就會(huì)產(chǎn)生噪聲電流。對(duì)于扭絞電纜的芯線來(lái)說(shuō)，屏蔽層中的電流便在芯線中耦合出不同的電壓，形屏蔽層中的電流便在芯線中耦合出不同的電壓，形成干擾源。成干擾源。 若電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與一個(gè)接地的若電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與一個(gè)接地的(即使不是接大地即使不是接大地)放大電路相連，輸入端的屏蔽應(yīng)放大

42、電路相連，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大電路的公共端。相反，若接地的信號(hào)源與接至放大電路的公共端。相反，若接地的信號(hào)源與不接地的放大器連接，即使信號(hào)源接的不是大地，不接地的放大器連接，即使信號(hào)源接的不是大地，放大電路的輸入端也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。放大電路的輸入端也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n電纜和接插件的屏蔽電纜和接插件的屏蔽 檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸距離可能較遠(yuǎn)，因而檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸距離可能較遠(yuǎn)，因而廣泛采用帶屏蔽體的電纜線傳輸?shù)姆绞健Ｔ谟秒姀V泛采用帶屏蔽體的電纜線傳輸?shù)姆绞?。在用電纜線連接時(shí)，常會(huì)發(fā)生無(wú)意中的地環(huán)路以及屏蔽纜線連接時(shí)，常會(huì)發(fā)生無(wú)意中的地環(huán)路以及

43、屏蔽不良。特別是當(dāng)不同的電路在一起時(shí)更是如此。不良。特別是當(dāng)不同的電路在一起時(shí)更是如此。所以，在布線走線時(shí)應(yīng)注意減少這些現(xiàn)象的發(fā)生，所以，在布線走線時(shí)應(yīng)注意減少這些現(xiàn)象的發(fā)生，并應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：并應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 高電平線和低電平線不要走同一條電纜高電平線和低電平線不要走同一條電纜。當(dāng)不得。當(dāng)不得已時(shí)，高電平線應(yīng)組合一起，并要單獨(dú)加以屏蔽。已時(shí)，高電平線應(yīng)組合一起，并要單獨(dú)加以屏蔽。同時(shí)要仔細(xì)選擇低電平線的位置。同時(shí)要仔細(xì)選擇低電平線的位置。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法高電平線和低電平線不走同一接插件高電平線和低電平線不走同一接插件。不得巳時(shí)，。不得巳時(shí)，要將高電平端子和低電平端子分

44、支兩端，中間留備要將高電平端子和低電平端子分支兩端，中間留備用端子，并在中間接高電平引線地線和低電平引線用端子，并在中間接高電平引線地線和低電平引線地線。地線。系統(tǒng)的出入電纜部分應(yīng)保持屏蔽完整系統(tǒng)的出入電纜部分應(yīng)保持屏蔽完整。電纜的屏蔽。電纜的屏蔽體也要經(jīng)過(guò)接插件予以連接。當(dāng)兩條以上屏蔽電纜體也要經(jīng)過(guò)接插件予以連接。當(dāng)兩條以上屏蔽電纜共用一個(gè)插件時(shí)，每條電纜的屏蔽層都要單獨(dú)用一共用一個(gè)插件時(shí)，每條電纜的屏蔽層都要單獨(dú)用一個(gè)接線端子。以免造成地環(huán)路使電流在各屏蔽層中個(gè)接線端子。以免造成地環(huán)路使電流在各屏蔽層中間流動(dòng)，產(chǎn)生新的干擾。間流動(dòng)，產(chǎn)生新的干擾。低電平電纜的屏蔽層要實(shí)施一端接地，屏蔽層外面

45、低電平電纜的屏蔽層要實(shí)施一端接地，屏蔽層外面要有絕緣層，以防與其他地線接觸要有絕緣層，以防與其他地線接觸。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n其他接地其他接地功率地功率地。這種地線的電流較大，接地線的線徑應(yīng)較。這種地線的電流較大，接地線的線徑應(yīng)較粗，且與小信號(hào)地線分開(kāi)，連直流地。粗，且與小信號(hào)地線分開(kāi)，連直流地。小信號(hào)前置放大電路與內(nèi)存放大電路的地小信號(hào)前置放大電路與內(nèi)存放大電路的地。這種電。這種電路輸入信號(hào)一般以微伏、毫伏計(jì)，因此地線更要小路輸入信號(hào)一般以微伏、毫伏計(jì)，因此地線更要小心。放大電路本身采用一點(diǎn)人地，不能一個(gè)電路多心。放大電路本身采用一點(diǎn)人地，不能一個(gè)電路多點(diǎn)接地，否則地線中

46、的電位差將對(duì)放大電路產(chǎn)生干點(diǎn)接地，否則地線中的電位差將對(duì)放大電路產(chǎn)生干擾。擾。A/D前置放大電路一般浮空。內(nèi)存放大電路的前置放大電路一般浮空。內(nèi)存放大電路的印刷電路板上一點(diǎn)入地。這類(lèi)放大器的地線一定要印刷電路板上一點(diǎn)入地。這類(lèi)放大器的地線一定要遠(yuǎn)離功率地和噪聲地遠(yuǎn)離功率地和噪聲地(即繼電器、電動(dòng)機(jī)等的地即繼電器、電動(dòng)機(jī)等的地)。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法7.3.3 隔離與耦合隔離與耦合 采用各種隔離與耦合的方式也可提高系統(tǒng)的采用各種隔離與耦合的方式也可提高系統(tǒng)的抗干擾能力。使用這種方法可以讓兩個(gè)電路相互抗干擾能力。使用這種方法可以讓兩個(gè)電路相互獨(dú)立而不形成一個(gè)回路，例如在系統(tǒng)中既有

47、數(shù)字獨(dú)立而不形成一個(gè)回路，例如在系統(tǒng)中既有數(shù)字電路，又有模擬電路，當(dāng)輸入的模擬信號(hào)很小時(shí)，電路，又有模擬電路，當(dāng)輸入的模擬信號(hào)很小時(shí)，數(shù)字電路會(huì)對(duì)模擬電路產(chǎn)生較大的干擾，所以在數(shù)字電路會(huì)對(duì)模擬電路產(chǎn)生較大的干擾，所以在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該避免數(shù)字電路和模擬電路實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該避免數(shù)字電路和模擬電路之間有共同回路，即將二者加以隔離。之間有共同回路，即將二者加以隔離。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法此外，檢測(cè)系統(tǒng)中單片機(jī)與數(shù)字電路、脈沖電路、此外，檢測(cè)系統(tǒng)中單片機(jī)與數(shù)字電路、脈沖電路、開(kāi)關(guān)電路的接口，一般也用光電耦合器進(jìn)行隔離，開(kāi)關(guān)電路的接口，一般也用光電耦合器進(jìn)行隔離，以切斷公共阻抗環(huán)路

48、，避免長(zhǎng)線感應(yīng)和共模干擾。以切斷公共阻抗環(huán)路，避免長(zhǎng)線感應(yīng)和共模干擾。高增益的放大器（高增益的放大器（60dB），需要在輸入級(jí)設(shè)），需要在輸入級(jí)設(shè)級(jí)間耦合。在需要采用較長(zhǎng)信號(hào)傳輸線的場(chǎng)合，級(jí)間耦合。在需要采用較長(zhǎng)信號(hào)傳輸線的場(chǎng)合，可以采用屏蔽與光電耦合相結(jié)合的辦法?？梢圆捎闷帘闻c光電耦合相結(jié)合的辦法。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 常用的隔離方法有光電耦合器件隔離、繼常用的隔離方法有光電耦合器件隔離、繼電器隔離、隔離放大器隔離和隔離變壓器隔離電器隔離、隔離放大器隔離和隔離變壓器隔離等。光電耦合器件響應(yīng)速度比變壓器、繼電器等。光電耦合器件響應(yīng)速度比變壓器、繼電器要快得多，對(duì)周?chē)娐窡o(wú)影響，

49、并且體積小、要快得多，對(duì)周?chē)娐窡o(wú)影響，并且體積小、重量輕、價(jià)格便宜、便于安裝，線性光電耦合重量輕、價(jià)格便宜、便于安裝，線性光電耦合器用在模擬電路中的信號(hào)線性變換場(chǎng)合，也用器用在模擬電路中的信號(hào)線性變換場(chǎng)合，也用在放大器的隔離中，在放大器的隔離中，7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法如圖如圖6.6所示為采用光電耦合器隔離前級(jí)放大所示為采用光電耦合器隔離前級(jí)放大和后級(jí)放大電路的方法。其中，和后級(jí)放大電路的方法。其中，Ib為偏置電為偏置電流，兩個(gè)光電耦合器組成互補(bǔ)的形式，以改流，兩個(gè)光電耦合器組成互補(bǔ)的形式，以改變放大電路的線性度，減少溫度影響。雖然變放大電路的線性度，減少溫度影響。雖然線性光電耦

50、合器的線性度好，但其轉(zhuǎn)換精度線性光電耦合器的線性度好，但其轉(zhuǎn)換精度較低，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍也較小。所以現(xiàn)在大較低，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍也較小。所以現(xiàn)在大量使用的是用于數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量變換的光電量使用的是用于數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量變換的光電耦合器。如圖耦合器。如圖6.7所示為幾種使用光電耦合器所示為幾種使用光電耦合器進(jìn)行隔離的方式。進(jìn)行隔離的方式。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 IC1 IC2 IC3 Ib Ib U0 R5 R4 R1 R2 R3 圖圖6.6放大器間的光電隔離放大器間的光電隔離7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 輸入 R2 VDD In（510mA） R1 輸出 VCC In（510mA）

51、 In（510mA） K R1 VCC 輸入 VCC OC 門(mén)2 R1 1 輸出 a）OC 門(mén)和光電耦合器的連接 輸出 b）接點(diǎn)和光電耦合器的連接 c）和門(mén)和光電耦合器的連接 7.3.4 布線抗干擾措施布線抗干擾措施 在檢測(cè)系統(tǒng)中，印制板上電力線、信號(hào)線等線在檢測(cè)系統(tǒng)中，印制板上電力線、信號(hào)線等線路的布局、板上器件空余管腳安排、測(cè)試設(shè)備與路的布局、板上器件空余管腳安排、測(cè)試設(shè)備與儀器儀表的信號(hào)傳輸線的連接等，都是實(shí)際應(yīng)用儀器儀表的信號(hào)傳輸線的連接等，都是實(shí)際應(yīng)用中要考慮的問(wèn)題。中要考慮的問(wèn)題。n走線原則走線原則 在長(zhǎng)線傳輸中，為防止竄擾，采用交叉走線法。在長(zhǎng)線傳輸中，為防止竄擾，采用交叉走線法

52、。長(zhǎng)線傳送時(shí)，應(yīng)遵循功率線、載流線和信號(hào)線要長(zhǎng)線傳送時(shí)，應(yīng)遵循功率線、載流線和信號(hào)線要分開(kāi)，電位線和脈沖線分開(kāi)的原則。在傳送分開(kāi)，電位線和脈沖線分開(kāi)的原則。在傳送050mv的小信號(hào)時(shí)，更應(yīng)該如此。的小信號(hào)時(shí)，更應(yīng)該如此。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 電力電纜最好用屏蔽電纜，并且單獨(dú)走線，與電力電纜最好用屏蔽電纜，并且單獨(dú)走線，與信號(hào)線不能平行，更不能將電力線與信號(hào)線裝在信號(hào)線不能平行，更不能將電力線與信號(hào)線裝在同一電纜中。同一電纜中。n元器件空余輸入端的處理元器件空余輸入端的處理 電路設(shè)計(jì)中常常會(huì)出現(xiàn)器件管腳空余的現(xiàn)象，電路設(shè)計(jì)中常常會(huì)出現(xiàn)器件管腳空余的現(xiàn)象，一般不能將這些管腳隨意處

53、置，特別是元器件空一般不能將這些管腳隨意處置，特別是元器件空余輸入端，處理不好往往可能造成較大的干擾輸余輸入端，處理不好往往可能造成較大的干擾輸入，所以應(yīng)采取一定的處理方法，以降低干擾。入，所以應(yīng)采取一定的處理方法，以降低干擾。實(shí)踐中常采取如下方法：實(shí)踐中常采取如下方法：7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 把空余的輸入端與使用輸入端并聯(lián)。把空余的輸入端與使用輸入端并聯(lián)。這種方這種方法簡(jiǎn)單易行，但增加了前級(jí)電路的輸出負(fù)擔(dān)；法簡(jiǎn)單易行，但增加了前級(jí)電路的輸出負(fù)擔(dān)； 把空余的輸入端通過(guò)一個(gè)電阻接高電平。把空余的輸入端通過(guò)一個(gè)電阻接高電平。這這種方法適用于慢速、多干擾的場(chǎng)合；種方法適用于慢速、多干擾

54、的場(chǎng)合； 把空余的輸入端懸空，用一反相器接地。把空余的輸入端懸空，用一反相器接地。這這種方法適用于要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，但多用了一個(gè)種方法適用于要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，但多用了一個(gè)組件。組件。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n數(shù)字電路的抗干擾措施數(shù)字電路的抗干擾措施 每一塊數(shù)字電路組件上，都有高頻去耦電容，每一塊數(shù)字電路組件上，都有高頻去耦電容，一般為一般為0.010.02F。在布局上這些電容應(yīng)。在布局上這些電容應(yīng)充分靠近集成塊，并且不應(yīng)集中在印刷板上每充分靠近集成塊，并且不應(yīng)集中在印刷板上每一端。每塊印刷板上的電源輸入端也應(yīng)加一端。每塊印刷板上的電源輸入端也應(yīng)加10100F的去耦電容。直流配電線的引出

55、端也應(yīng)的去耦電容。直流配電線的引出端也應(yīng)盡可能地做成低阻抗傳輸線的形式。盡可能地做成低阻抗傳輸線的形式。 7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 前面介紹過(guò)快速邏輯電路會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，前面介紹過(guò)快速邏輯電路會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，所以這些電路也應(yīng)按高頻電路來(lái)處理。所有裝所以這些電路也應(yīng)按高頻電路來(lái)處理。所有裝有大量邏輯電路的印制板，都必須有良好的接有大量邏輯電路的印制板，都必須有良好的接地。實(shí)際設(shè)計(jì)中，這個(gè)地可以是低阻泄流排，地。實(shí)際設(shè)計(jì)中，這個(gè)地可以是低阻泄流排，或者是印制板上大面積的銅箔作接地，其接地或者是印制板上大面積的銅箔作接地，其接地面積應(yīng)占印制板面積的面積應(yīng)占印制板面積的60以上。這個(gè)接地面

56、以上。這個(gè)接地面可對(duì)供電回路提供一個(gè)低感回路。并可為信號(hào)可對(duì)供電回路提供一個(gè)低感回路。并可為信號(hào)交連電路提供一個(gè)阻抗固定的線路。此外，在交連電路提供一個(gè)阻抗固定的線路。此外，在檢查印制板的接地時(shí)要注意是否接觸良好、可檢查印制板的接地時(shí)要注意是否接觸良好、可靠。靠。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法 各種邏輯電路的產(chǎn)生噪聲的程度也是不同的，各種邏輯電路的產(chǎn)生噪聲的程度也是不同的，其中其中TTL產(chǎn)生的噪聲最大，而產(chǎn)生的噪聲最大，而HTL產(chǎn)生的噪聲最產(chǎn)生的噪聲最小。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)速度越快，噪聲越大（小。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)速度越快，噪聲越大（ECL除外，其電路的供電電流，在導(dǎo)通和截止時(shí)都一除外，其電路的

57、供電電流，在導(dǎo)通和截止時(shí)都一樣，在門(mén)的開(kāi)關(guān)中，電流變化率為樣，在門(mén)的開(kāi)關(guān)中，電流變化率為0，因此它產(chǎn)，因此它產(chǎn)生的噪聲低）。另外，門(mén)電路的速度與傳播延時(shí)生的噪聲低）。另外，門(mén)電路的速度與傳播延時(shí)成比例，成比例，ECL的速度最高，的速度最高，HTL最慢。通常最慢。通常TTL的速度較的速度較ECL略低，但噪聲卻要大略低，但噪聲卻要大10倍。倍。 數(shù)字電路對(duì)噪聲敏感。數(shù)字電路對(duì)噪聲敏感。RTL對(duì)噪聲極為敏感，對(duì)噪聲極為敏感，而而HTL和和CMOS最不敏感。最不敏感。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法7.3.5 軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施 干擾不僅影響檢測(cè)系統(tǒng)的硬件，而且對(duì)其軟件干擾不僅影響檢測(cè)系

58、統(tǒng)的硬件，而且對(duì)其軟件系統(tǒng)也會(huì)形成破壞。如造成系統(tǒng)的程序彈飛、進(jìn)系統(tǒng)也會(huì)形成破壞。如造成系統(tǒng)的程序彈飛、進(jìn)入死循環(huán)或死機(jī)狀態(tài)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因入死循環(huán)或死機(jī)狀態(tài)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此，軟件的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是至關(guān)此，軟件的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是至關(guān)重要的。此外，前面介紹的干擾抑制技術(shù)，都是重要的。此外，前面介紹的干擾抑制技術(shù)，都是采用一定的硬件措施。隨著抗干擾技術(shù)理論與實(shí)采用一定的硬件措施。隨著抗干擾技術(shù)理論與實(shí)踐的不斷深入，除了研究常規(guī)的抗干擾措施外，踐的不斷深入，除了研究常規(guī)的抗干擾措施外，對(duì)掌握信號(hào)與噪聲的規(guī)律、區(qū)分噪聲與信號(hào)的性對(duì)掌握信號(hào)與噪聲的規(guī)律、區(qū)分噪聲

59、與信號(hào)的性質(zhì)研究等也是非常重要的。質(zhì)研究等也是非常重要的。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法實(shí)際的工程應(yīng)用中，僅采用硬件措施往往滿足不實(shí)際的工程應(yīng)用中，僅采用硬件措施往往滿足不了需要，所以應(yīng)該尋求軟件方法。在軟件方法中了需要，所以應(yīng)該尋求軟件方法。在軟件方法中已有不少有效的措施，如數(shù)字濾波、選頻和相關(guān)已有不少有效的措施，如數(shù)字濾波、選頻和相關(guān)處理等，這些軟件處理程序可以方便地提取淹沒(méi)處理等，這些軟件處理程序可以方便地提取淹沒(méi)在噪聲中的有用信號(hào)。而實(shí)踐中將硬件方法和軟在噪聲中的有用信號(hào)。而實(shí)踐中將硬件方法和軟件方法結(jié)合起來(lái)，可以達(dá)到良好的干擾抑制效果。件方法結(jié)合起來(lái)，可以達(dá)到良好的干擾抑制效果

60、。設(shè)計(jì)實(shí)踐證明：軟件抗干擾不僅效果好，而且降設(shè)計(jì)實(shí)踐證明：軟件抗干擾不僅效果好，而且降低了產(chǎn)品成本。在系統(tǒng)運(yùn)行速度和內(nèi)存容量許可低了產(chǎn)品成本。在系統(tǒng)運(yùn)行速度和內(nèi)存容量許可的條件下、應(yīng)盡量采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)。的條件下、應(yīng)盡量采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)。7.3 干擾的抑制方法干擾的抑制方法n干擾對(duì)系統(tǒng)軟件的影響干擾對(duì)系統(tǒng)軟件的影響 外界的干擾對(duì)智能儀器儀表中單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生外界的干擾對(duì)智能儀器儀表中單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾后，可能引起干擾后，可能引起RAM、程序計(jì)數(shù)器獲總線上的數(shù)、程序計(jì)數(shù)器獲總線上的數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)亂，字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)亂，CPU根據(jù)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得根據(jù)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得到錯(cuò)誤的操作數(shù)和結(jié)果，在沒(méi)