智能儀器第六章 可靠性與抗干擾技術(shù)概要

第六章可靠性與抗干擾技術(shù)(概要）主要內(nèi)容：一、干擾噪聲的認(rèn)識(shí)（三要素）和電磁干擾分析★干擾源★耦合途徑

★接收器

二、抑制電磁干擾的主要技術(shù)三、電磁兼容濾波器（補(bǔ)充）一、干擾噪聲的認(rèn)識(shí)及電磁干擾分析干擾源：本征噪聲源、人為干擾源、自然界干擾源電磁干擾，光電干擾，機(jī)械干擾（摩擦起電、導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)、壓電效應(yīng)、震顫效應(yīng)），其它噪聲（電化學(xué)作用的化學(xué)濕電池，溫度變化等）

電子系統(tǒng)受到外部電磁干擾電力線雷電電臺(tái)電視臺(tái)交流供電電路電動(dòng)機(jī)移動(dòng)通訊天體電磁輻射電子設(shè)備的干擾對(duì)其它電路系統(tǒng)的影響傳導(dǎo)噪聲飛機(jī)電話線無(wú)線設(shè)備電視機(jī)傳導(dǎo)噪聲交流供電電路電磁干擾頻譜分布電子系統(tǒng)內(nèi)部不同電路單元之間相互影響的幾種形式電場(chǎng)耦合磁場(chǎng)耦合公共阻抗三種耦合途徑傳導(dǎo)耦合：通過(guò)導(dǎo)體（導(dǎo)線）將噪聲耦合進(jìn)電路中。最典型的例子是噪聲通過(guò)電源線傳入電路。公共阻抗耦合：來(lái)自不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生公共阻抗噪聲耦合。電磁場(chǎng)耦合：只要電荷發(fā)生移動(dòng)，所有的電路元件、導(dǎo)線都會(huì)輻射電磁場(chǎng)，存在來(lái)自發(fā)射源的輻射。近場(chǎng)時(shí)，分別考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)；遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，電磁聯(lián)合輻射。傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)引入,如：如交流電源線、長(zhǎng)信號(hào)線。1.傳導(dǎo)耦合和公共阻抗2.電源耦合設(shè)C＝2pF,Ri

＝10kΩ，u為f=50Hz的220V交流電壓，則Vi≈1.4mV。若du/dt＝2V/μs則：i≈Cdu/dt＝4μA，Vi＝iRi＝40mV3.電場(chǎng)耦合例子4.磁場(chǎng)耦合Vrms＝2πfABcosθ電磁感應(yīng)耦合經(jīng)互感耦合5.高頻電磁輻射耦合直線發(fā)射器圓環(huán)發(fā)射器二、抑制電磁干擾的主要技術(shù)消除或抑制噪聲源破壞干擾的耦合通道消除接收電路對(duì)干擾的敏感性采用軟件抑制干擾電磁干擾噪聲抑制

屏蔽接地平衡濾波隔離阻抗大小控制電纜設(shè)計(jì)抵消技術(shù)1、屏蔽電屏蔽；低頻磁屏蔽；電磁屏蔽★靜電屏蔽

高導(dǎo)電性材料（銅、鋁）接地+Q+Q+QAAABB★電磁屏蔽高導(dǎo)電性材料（銅、鋁）厚度、渦流效應(yīng)接地ieΦeΦN★低頻磁屏蔽

高導(dǎo)磁材料、厚度、多層、注意磁飽和問(wèn)題屏蔽電纜應(yīng)用同軸電纜（獨(dú)芯、多層屏蔽，高頻信號(hào)傳輸）多芯屏蔽電纜（普通、特種）抑制干擾源的技術(shù)總結(jié)把干擾源圍閉在屏蔽罩內(nèi)（允許）對(duì)干擾源出線濾波限制脈沖的上升和下降沿斜率壓敏電阻抑制電感線圈的浪涌電壓產(chǎn)生噪聲的導(dǎo)線與地線絞合用于抑制電磁輻射的屏蔽層兩端接地。消除或切斷干擾耦合途徑的技術(shù)總結(jié)信號(hào)線短，遠(yuǎn)離干擾低電平信號(hào)線采用雙絞線或貼近地線放置信號(hào)線用屏蔽電纜正確接地：低電平信號(hào)線保護(hù)的屏蔽層單點(diǎn)接地、同軸電纜用于高頻屏蔽層兩端接地、電路單點(diǎn)接地、高頻就近接地；敏感電路加屏蔽罩低電平端子與高電平端子之間放置地端子消除或切斷干擾耦合途徑的技術(shù)總結(jié)低電平電路和高電平中避免使用公共地線；數(shù)字電路與模擬電路避免使用公共地線；接地線越短越好，避免地線形成環(huán)狀；數(shù)字系統(tǒng)抗干擾措施：不用輸入端口接地；合理使用上拉電阻、串聯(lián)防反射電阻、晶振周邊隔離；檢測(cè)電路的抗干擾技術(shù)總結(jié)通頻帶盡可能窄，盡量使用選頻濾波；直流電源線一定加去耦濾波電容（電解電容+高頻電容旁路）信號(hào)地線、其它可能造成干擾的電路地線分開(kāi)；使用屏蔽罩四、EMI濾波器EMI濾波器綜述常見(jiàn)的電磁兼容元件設(shè)計(jì)實(shí)例

EMI影響可靠的安靜的與眾不同的EMI濾波器EMI濾波器難以進(jìn)行阻抗匹配EMI濾波器出現(xiàn)飽和無(wú)法用集總參數(shù)等效電路進(jìn)行高頻分析要求能濾除共模干擾和差模干擾EMI濾波器分類反射式濾波器

阻擋EMI信號(hào)，通過(guò)有用信號(hào)吸收式濾波器

吸收不需要的頻率成分并將此成分的能量轉(zhuǎn)換成熱能耗散出去濾波連接器

從無(wú)引線通過(guò)式電容概念引申而來(lái)的，在連接器上構(gòu)成L型或者Ⅱ型濾波器電路簡(jiǎn)單

EMI濾波器的基本形式設(shè)計(jì)EMI濾波器的注意點(diǎn)頻率特性耐壓性能額定電流阻抗特性屏蔽可靠性瞬態(tài)干擾抑制電快速瞬變脈沖群

影響對(duì)象：數(shù)字邏輯電路，軟故障

浪涌（surge）

影響對(duì)象：傳輸或儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，元器件，線路板

靜電放電（ESD）

影響對(duì)象：髙輸入阻抗電路，高壓絕緣擊穿，熱失常

什么曲線能干什么飽和電感特性非晶磁環(huán)磁滯特性曲線

特性曲線

非理想的電容

電容主要分布參數(shù)ESL等效串連電感ESR等效串連電阻EPR等效并聯(lián)電阻各式各樣的電容云母電容電解電容高壓電容穿心電容法拉電容聚苯電容薄膜電容三端電容器膽電容校正CBB電容獨(dú)石電容自熱變阻電容器不同的電容不同的效果

未加入濾波措施電感線圈的品質(zhì)因數(shù)為：Q=ωL/R

電感的離散參數(shù)分布電容直流電阻功率電感模壓線圈空芯線圈磁環(huán)線圈棒狀線圈變壓器磁性材料磁性元件吸收磁珠用于抑制PCB板高頻傳導(dǎo)干擾

夾式磁環(huán)：安裝方便，用于設(shè)備EMI結(jié)構(gòu)優(yōu)化

扁平吸收環(huán)用于數(shù)據(jù)總線、數(shù)字信號(hào)線濾波

非晶材料燒結(jié)鐵氧體作為尖峰抑制器使用粉芯材料Ni－Mn軟磁材料二極管不同的性能不同的應(yīng)用TVS瞬變二極管芯片熱阻與脈沖持續(xù)時(shí)間關(guān)系圖TVS伏安特性超快超軟恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時(shí)間肖特基二極管用于各種脈沖吸收?qǐng)龊?，trr<4ns變阻二極管其他常用EMI抑制元件壓敏電阻沒(méi)有脈沖時(shí)呈高阻值狀態(tài)，一旦響應(yīng)脈沖電壓，立即將電壓限制到一定值，