檢測(cè)技新術(shù)跟智能儀表設(shè)計(jì)第五章課件

*第5章智能儀器設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)

5.1智能儀器的抗干擾技術(shù)

5.1.1干擾概述及干擾對(duì)智能儀器儀表系統(tǒng)的影響

5.1.2電磁干擾的種類及抗干擾技術(shù)

5.1.3智能儀器的軟件抗干擾技術(shù)5.2智能儀器的的功耗設(shè)計(jì)*一、幾個(gè)概念噪聲：對(duì)有用信號(hào)以外的所有電子信號(hào)的一個(gè)總稱。干擾：由外部噪聲和無(wú)用電磁波在接收中所造成的騷擾?；蛟诮邮账栊盘?hào)時(shí)，非所需能量造成的擾亂效應(yīng)。噪聲是一種電子信號(hào)，而干擾是指某種效應(yīng)，是由于噪聲原因使電路產(chǎn)生的一種不良反應(yīng)?？垢蓴_的定義：結(jié)合電路特點(diǎn)使干擾減小到最小。一方面防止外界干擾的入侵一方面抑制本身的干擾§5.1抗干擾技術(shù)*1.干擾源 產(chǎn)生干擾信號(hào)的設(shè)備被稱為干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)、無(wú)繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號(hào)

2.傳播途徑 傳播途徑是指干擾信號(hào)的傳播路徑。（導(dǎo)線和空間的輻射）3.接收載體 接收載體是指受影響的設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響的儀器參數(shù)。（A/DD/A單片機(jī)，數(shù)字IC弱信號(hào)放大器）二、形成干擾的三個(gè)要素*圖5.1內(nèi)部和外部干擾示意圖*（1）裝置開(kāi)口或隙縫處進(jìn)入的輻射干擾(輻射)（2）電網(wǎng)變化干擾(傳輸)（3）周?chē)h(huán)境用電干擾(輻射、傳輸、感應(yīng))（4）傳輸線上的反射干擾(傳輸)（5）系統(tǒng)接地不妥引入的干擾(傳輸、感應(yīng))（6）外部線間串?dāng)_(傳輸、感應(yīng))（7）邏輯線路不妥造成的過(guò)渡干擾(傳輸)（8）線間串?dāng)_(感應(yīng)、傳輸)（9）電源干擾(傳輸)（10）強(qiáng)電器引入的接觸電弧和反電動(dòng)勢(shì)干擾(輻射、傳輸、感應(yīng))（11）內(nèi)部接地不妥引入的干擾(傳輸)（12）漏磁感應(yīng)(感應(yīng))（13）傳輸線反射干擾(傳輸)（14）漏電干擾(傳輸)*表5.1常見(jiàn)干擾的種類2023/7/237檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)作為生產(chǎn)第一線的工程技術(shù)人員，經(jīng)常會(huì)遇到測(cè)控系統(tǒng)受到干擾而不能正常工作的情況?，F(xiàn)在，“干擾”這個(gè)名詞在某些場(chǎng)合常被“騷擾”所代替。在這一章里，將給大家介紹幾種常見(jiàn)的干擾，以及抗干擾的方法，還要介紹幾種行之有效的電磁兼容技術(shù)。2023/7/238做一個(gè)電磁干擾的小實(shí)驗(yàn)將一臺(tái)質(zhì)量不佳的“電子鎮(zhèn)流器式臺(tái)燈”靠近示波器的探頭，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)示波器的顯示屏上出現(xiàn)大量約寬度為數(shù)μs的尖峰波形。收音機(jī)了也會(huì)傳出令人煩躁的“吱吱”噪聲。第一節(jié)噪聲干擾及防護(hù)

在測(cè)量過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)總是有一些無(wú)用的背景信號(hào)與被測(cè)信號(hào)疊加在一起，稱之為騷擾或噪聲。如果騷擾引起設(shè)備或系統(tǒng)的性能下降時(shí)，稱之為干擾。衡量噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響常用信噪比（S/N）來(lái)表示，它是指在信號(hào)通道中，有用信號(hào)功率PS與噪聲功率PN之比，或有用信號(hào)電壓US與噪聲電壓UN之比即：

S/N=10lg（PS/PN

）=20lg（US/UN

）（dB）

信噪比（S/N）的計(jì)算舉例在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量提高信噪比，以減少噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

例：在擴(kuò)音機(jī)輸入端測(cè)得：話筒輸出的做報(bào)告者聲音的平均電壓為50mV，50Hz干擾“嗡嗡”聲的電壓為0.5mV，求信噪比。解S/N=20lg（50/0.5）dB=40dB

又問(wèn)：當(dāng)S/N分別為20dB、0dB

、-20dB

時(shí)，說(shuō)明做報(bào)告者聲音與干擾聲音之間各為什么關(guān)系？噪聲源及干擾源一、機(jī)械騷擾

機(jī)械振動(dòng)或沖擊使電子檢測(cè)裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對(duì)機(jī)械騷擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來(lái)降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。

橡膠海綿軟墊橡膠墊腳及彈簧振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

頻率、振幅均可調(diào)節(jié)

將被測(cè)儀器（如圖中的電子天平）固定在振動(dòng)臺(tái)上，逐漸增大振幅，測(cè)試在不同頻率的規(guī)定振幅下，產(chǎn)品指標(biāo)是否變化。固定跌落試驗(yàn)

產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中常因?yàn)樵馐軇×艺饎?dòng)或跌落而損壞或性能變差，因此需要做抗跌落試驗(yàn)和測(cè)試。跌落試驗(yàn)機(jī)二、濕度及化學(xué)騷擾

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度增加時(shí)，物體表面就會(huì)附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強(qiáng)度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會(huì)產(chǎn)生原電池電化學(xué)干擾電壓。某些化學(xué)物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)的鹽霧也會(huì)造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來(lái)加以保護(hù)：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。用絕緣漆浸漬過(guò)的控制變壓器浸漆可防止水分進(jìn)入線圈內(nèi)部?jī)x器設(shè)備的防潮試驗(yàn)噴淋試驗(yàn)儀器設(shè)備的防潮試驗(yàn)（續(xù)）“步入式”恒溫恒濕房（參考江蘇省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所資料）

體積：25m3

，溫度調(diào)節(jié)范圍：（-40～+80）℃，濕度調(diào)節(jié)范圍：（30～90）%RH

可用于進(jìn)行大型儀器設(shè)備的高低溫、恒定濕熱、交變濕熱試驗(yàn)。三、熱騷擾

熱量，特別是溫度波動(dòng)以及不均勻的溫度場(chǎng)對(duì)檢測(cè)裝置的干擾主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢(shì)干擾、元器件長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，引起壽命和耐壓等級(jí)降低等?？朔岣蓴_的防護(hù)措施有：

選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施，選用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的前置輸入級(jí)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，加強(qiáng)散熱、采用熱屏蔽等。散熱實(shí)例

散熱風(fēng)扇四、固有噪聲騷擾

在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機(jī)性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機(jī)中反映出來(lái)，但更多的時(shí)候是反映在輸出電壓的無(wú)規(guī)律跳變上。

五、電、磁噪聲騷擾

電磁波可以通過(guò)電網(wǎng)以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠(yuǎn)的檢測(cè)裝置中。在工頻輸電線附近也存在強(qiáng)大的交變電場(chǎng)，在強(qiáng)電流輸電線附近存在干擾磁場(chǎng)，他們將對(duì)十分靈敏的檢測(cè)裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強(qiáng)大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施來(lái)防護(hù)。

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干擾對(duì)智能儀器系統(tǒng)的影響圖5.2干擾入侵智能儀器系統(tǒng)的途徑第二節(jié)檢測(cè)技術(shù)中的電磁兼容原理

一、電磁兼容（EMC）概念我國(guó)從２０世紀(jì)80年代至今已制定了上百個(gè)電磁兼容的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制要求絕大多數(shù)電氣設(shè)備必須通過(guò)相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的性能測(cè)試，否則為不合格產(chǎn)品。通俗地說(shuō)，電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定的電磁干擾。

二、電磁干擾的來(lái)源

電磁干擾源分為兩大類：自然界干擾源和人為干擾源，后者是檢測(cè)系統(tǒng)的主要干擾源。

1.自然界干擾源包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽(yáng)耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。后者的能量頻譜主要集中在30MHz以下，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響較大。

2.人為干擾源又可分為有意發(fā)射干擾源和無(wú)意發(fā)射干擾源。

自然界干擾源和人為干擾源X光機(jī)產(chǎn)生大功率高頻干擾

閃電產(chǎn)生電磁場(chǎng)干擾自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大功率高頻干擾

變電站會(huì)產(chǎn)生50Hz的高次諧波干擾以及電暈放電干擾電吹風(fēng)機(jī)干擾電視機(jī)的演示

電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：一是通過(guò)共用的電源插座，二是以空間電磁場(chǎng)傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線接收。由電源配電回路引入的干擾

交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布相當(dāng)于一個(gè)吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò),以電路傳導(dǎo)的形式傳遍各處，經(jīng)檢測(cè)裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。

電壓突變和交流電源波形畸變使工頻的高次諧波

經(jīng)電源線進(jìn)入儀器的前級(jí)電路。常見(jiàn)的大功率干擾有：調(diào)壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧波干擾、開(kāi)關(guān)電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲尖脈沖干擾。由電焊引起的干擾電焊機(jī)電纜產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)干擾磁場(chǎng)交鏈信號(hào)線第二節(jié)電磁兼容技術(shù)

抗電磁干擾技術(shù)有時(shí)又稱為電磁兼容控制技術(shù)?？刹捎闷茐母蓴_途徑和削弱檢測(cè)系統(tǒng)電路對(duì)干擾的敏感性等方法，常用的抗干擾措施有屏蔽、接地、浮置、退耦、濾波、光電隔離等技術(shù)。

一、屏蔽技術(shù)

利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包圍在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)耦合干擾的方法稱為屏蔽。屏蔽可分為靜電屏蔽、低頻磁屏蔽和電磁屏蔽等幾種。根據(jù)不同的對(duì)象，使用不同的屏蔽方式。

未加屏蔽罩時(shí)，中頻變壓器線圈易受外界干擾。加屏蔽罩后的中頻變壓器1.靜電屏蔽

靜電屏蔽是用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響其內(nèi)部的電路。反之，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無(wú)法影響外電路。靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調(diào)試孔）它對(duì)屏蔽的影響不大。各種靜電屏蔽

儀器設(shè)備的屏蔽外殼必須接地帶孔屏蔽板各種靜電屏蔽（續(xù)）自制的屏蔽罩通風(fēng)屏蔽窗各種靜電屏蔽（續(xù)）開(kāi)關(guān)電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄各種靜電屏蔽（續(xù)）帶調(diào)試孔的屏蔽盒屏蔽線三絞扭屏蔽線銅芯4對(duì)雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）聚氟乙烯絕緣層銅線編織網(wǎng)（接地）2.低頻磁屏蔽

低頻磁屏蔽是用來(lái)隔離低頻（主要指50Hz）磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)（也稱靜磁場(chǎng)，其幅度、方向不隨時(shí)間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)）耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用。必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。有時(shí)還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。

低頻磁屏蔽舉例

多數(shù)儀器的外殼采用導(dǎo)磁材料（例如：鐵質(zhì)機(jī)殼）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使受外殼保護(hù)的內(nèi)部電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。如果將外殼接地，則同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。參考中國(guó)（廈門(mén)）微波高頻通信設(shè)備銷(xiāo)售公司資料3.電磁屏蔽

電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對(duì)象是高頻（40kHz以上）磁場(chǎng)。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場(chǎng)的能量。其次，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，抵消了一部分干擾磁場(chǎng)的能量，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁場(chǎng)的影響。鍍銅電磁屏蔽盒軍用屏蔽帳篷幾種用導(dǎo)電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材

（參考常州雷寧電磁屏蔽設(shè)備公司資料）

軍用電子方艙屏蔽通信車(chē)防電磁波屏蔽圍裙幾種用導(dǎo)電纖維材料編織而成的電磁屏蔽服

輻射源防電磁波屏蔽服裝防電磁波屏蔽圍裙的使用屏蔽室

導(dǎo)電PVC地板用于防靜電及底部屏蔽干擾信號(hào)無(wú)法穿透鋼板屏蔽室*1、串模干擾

串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到儀表上的。如圖：二、常見(jiàn)干擾源及抑制辦法*圖7-2串模干擾示意圖*1、高壓輸電線、與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。來(lái)源：2、信號(hào)源本身固有的漂移、紋波和噪聲3、電源變壓器不良屏蔽或穩(wěn)壓濾波效果不良抑制：

主要的抗串模干擾措施是用低通輸入濾波器濾除交流干擾，對(duì)直流串模干擾采用補(bǔ)償措施。對(duì)于主要來(lái)自電磁感應(yīng)的串模干擾，盡可能早地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行前置放大，以提高回路中的信號(hào)噪聲比，或者盡可能早地完成A/D轉(zhuǎn)換或采取隔離屏蔽措施。*常見(jiàn)的低通濾波器有RC濾波器、LC濾波器、雙T濾波器及有源濾波器，如圖：

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是指輸入通道兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，這種干擾可是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值可達(dá)幾伏甚至更高，取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境和儀表的接地情況。示意圖如下：

2、共模干擾

這里，對(duì)于輸入通道的兩個(gè)輸入端來(lái)說(shuō)，分別有Vs+Vcm和Vcm兩個(gè)輸入信號(hào)。顯然，Vcm是轉(zhuǎn)換器輸入端上共有的干擾電壓，故稱共模干擾電壓。*

被測(cè)信號(hào)的輸入：

單端輸入：此時(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓

雙端輸入：如圖*共模干擾的抑制方法

一、平衡對(duì)稱輸入在設(shè)計(jì)信號(hào)源時(shí)盡可能做到平衡和對(duì)稱,否則會(huì)產(chǎn)生附加的共模干擾。二、選用高質(zhì)量的差動(dòng)放大器要求差動(dòng)放大器具有高增益、低噪聲、低漂移、寬頻帶等特點(diǎn),以便獲得足夠高的共模抑制比。三、良好的接地系統(tǒng)接地不良時(shí)將形成較明顯的共模干擾。如沒(méi)有條件進(jìn)行良好接地,不如將系統(tǒng)浮置起來(lái),再配合采用合適的屏蔽措施,效果也不錯(cuò)。*圖5.3串模干擾與共模干擾波形直流信號(hào)；(b)串模干擾；

(c)共模干擾；(d)串模干擾與共模干擾共同作用二、接地技術(shù)

（一）地線的種類接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為“保安地線”。它的接地電阻值必須小于規(guī)定的數(shù)值。對(duì)于儀器、通訊、計(jì)算機(jī)等電子技術(shù)來(lái)說(shuō)，“地線”多是指電信號(hào)的基準(zhǔn)電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級(jí)電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。

四種觸電情況

保安地線

電烙鐵的外殼必須良好地接大地，以保證人身安全以及焊接對(duì)象不致被靜電擊穿。接大地與防靜電的關(guān)系

人在工頻電場(chǎng)中工作時(shí)，身體可能感應(yīng)出幾十伏以上的電壓；當(dāng)人在地板上行走時(shí)，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時(shí)，人體必須良好地接大地，以保證集成電路的CMOS輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法之一是帶上接地的防靜電手腕帶。防靜電手腕帶防靜電手腕帶的使用接地信號(hào)地線分類1.模擬信號(hào)地線

模擬信號(hào)地線是模擬信號(hào)的零信號(hào)電位公共線。因?yàn)槟M信號(hào)電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級(jí)間不希望的反饋，所以模擬信號(hào)地線的橫截面積應(yīng)盡量大些。

2.數(shù)字模擬地線

數(shù)字信號(hào)地線是數(shù)字信號(hào)的零電平公共線。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號(hào)的干擾源，為了避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜，否則會(huì)嚴(yán)重干擾模擬信號(hào)的測(cè)量結(jié)果。

接地改錯(cuò)

圖示為數(shù)字電路干擾模擬電路的例子。該圖錯(cuò)誤地將數(shù)字面板表的電源負(fù)極（有較大的數(shù)字脈沖電流）與被測(cè)電壓（易受干擾的模擬信號(hào)）的負(fù)極在數(shù)字面板表的接插件上用一根地線連接到印制電路板上，就會(huì)使數(shù)字面板表的示值跳動(dòng)不止。如果將數(shù)字電路的地線與模擬電路的地線分開(kāi)設(shè)置就能有效地消除這種干擾。請(qǐng)指出地線的錯(cuò)誤之處，并改正之。

3.信號(hào)源地線

傳感器可看作是測(cè)量裝置的信號(hào)源，多數(shù)情況下信號(hào)較為微弱。通常傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，而測(cè)量裝置設(shè)在離現(xiàn)場(chǎng)一定距離的控制室內(nèi)，從測(cè)量裝置的角度看，可以認(rèn)為傳感器的公共參考端就是信號(hào)源地線，它必須與測(cè)量裝置進(jìn)行正確的連接才能提高整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.負(fù)載地線

負(fù)載的電流一般都比前級(jí)信號(hào)電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級(jí)微弱的信號(hào)，因此負(fù)載地線必須與其他信號(hào)地線分開(kāi)。例如，若誤將喇叭的負(fù)極（接地線）與擴(kuò)音機(jī)話筒的屏蔽線碰在一起，就相當(dāng)于負(fù)載地線與信號(hào)地線合并，可能引起嘯叫。又如當(dāng)負(fù)載是繼電器時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)的瞬間經(jīng)常產(chǎn)生電火花，容易反饋到前級(jí)，造成干擾，因此應(yīng)正確連接。（二）一點(diǎn)接地原則

對(duì)于模擬信號(hào)地線、數(shù)字信號(hào)地線、信號(hào)源地線、負(fù)載地線等幾種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時(shí)，也必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個(gè)地方相連，才能消除各地線之間的干擾。

1.單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則

考慮到加工工藝，在實(shí)際的印制電路板設(shè)計(jì)中，只能做到各接地點(diǎn)盡量靠近、并加大地線的寬度。1—接線端子2—印制板安裝孔3—接地母線4—高頻變壓器屏蔽外殼接地點(diǎn)

2.多級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則

若將多級(jí)電路的地線逐級(jí)串聯(lián)，在最后一段地線上將存在一定的對(duì)地電位差，有可能產(chǎn)生共阻抗耦合干擾，應(yīng)采取并聯(lián)接地方式，才不易產(chǎn)生級(jí)與級(jí)之間的相互干擾。設(shè)計(jì)多級(jí)電路的地線應(yīng)注意以下兩個(gè)原則：一是公用地線截面積應(yīng)盡量大些，以減小地線的內(nèi)阻，二是應(yīng)把電流最大的電路放在距電源的接地點(diǎn)最近的地方。

大面積接地

當(dāng)頻率較高時(shí)，應(yīng)采取大面積的地線。這時(shí)允許“多點(diǎn)接地”，這是因?yàn)榻拥孛娣e十分大，內(nèi)阻很低，事實(shí)上相當(dāng)于一點(diǎn)接地，不易產(chǎn)生級(jí)與級(jí)之間的共阻耦合。

檢測(cè)系統(tǒng)的一點(diǎn)接地原則

有許多傳感器的兩根信號(hào)線均不接大地。如果這時(shí)二次儀表也采用浮置電路，容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象，且易產(chǎn)生電場(chǎng)干擾。在這種情況下多采用二次儀表測(cè)公共參考端接地的方案。此種情況下，檢測(cè)系統(tǒng)仍然符合一點(diǎn)接地原則。在二次儀表與計(jì)算機(jī)相連接的情況下，由于計(jì)算機(jī)的公共參考端已被接金屬機(jī)箱，并通過(guò)保安地線接大地，所以這時(shí)二次儀表的零電位端（公共參考端）也就通過(guò)計(jì)算機(jī)接大地了。在這種情況下，傳感器的公共參考端不應(yīng)再接地，否則會(huì)產(chǎn)生大地環(huán)流，造成干擾。檢測(cè)系統(tǒng)一點(diǎn)接地原則的改錯(cuò)

請(qǐng)指出下圖的接地錯(cuò)誤三、濾波技術(shù)

濾波器是抑制交流差模干擾的有效手段之一。有RC濾波器和LC濾波器等幾種。

1.RC濾波器：當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的無(wú)源RC低通濾波器將對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。

a）單節(jié)RC濾波器與放大器的連接

b）雙節(jié)RC濾波器

c）低通濾波器圖形符號(hào)

d）頻率特性

2.交流電源濾波器

電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對(duì)此常用壓降較小的LC濾波器來(lái)抑制混入電源的噪聲。

交流電源濾波器外形

交流電源濾波器的內(nèi)部電路

圖中的100H電感、0.1F電容組成高頻濾波器，用于吸收從電源線傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)的中短波段的高頻噪聲干擾；圖中兩只對(duì)稱的5mH電感是由繞在同一只鐵心兩側(cè)、匝數(shù)相等的電感繞組構(gòu)成的，稱為共模電感，用于吸收因電源波形畸變而產(chǎn)生的諧波干擾；圖中的壓敏電阻用于吸收因雷擊等引起的浪涌電壓干擾。交流電源濾波器的內(nèi)部電路（續(xù)）共模電感差模電感交流電源濾波器外形（續(xù)）

用戶可根據(jù)需要，選擇內(nèi)部包含一級(jí)LC或兩級(jí)甚至三級(jí)LC的電源濾波器。使用時(shí)外殼需要良好接大地。

右圖的電源濾波器共有幾級(jí)LC濾波電路？交流電源濾波器外形帶交流電源濾波器的插座開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的電源濾波器及共模電感

電源濾波器中的共模電感

當(dāng)50Hz負(fù)載大電流流經(jīng)共模電感時(shí)，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生壓降，但共模電感對(duì)高頻共模干擾卻有較大的感抗。三相共模電感交流電源濾波器的使用效果使用電源濾波器前觀察到的干擾使用電源濾波器后干擾消失3.直流電源濾波器

直流電源往往為幾個(gè)電路所共用，為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間互相干擾，應(yīng)在每個(gè)電路的直流電源上加上RC或LC退耦濾波器。下圖中的電解電容用來(lái)濾除低頻噪聲，電解電容旁邊并聯(lián)一個(gè)0.01~0.1F的磁介電容或獨(dú)石電容，用來(lái)濾除高頻噪聲。

四、光電耦合技術(shù)

目前檢測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越多地采用光耦合器，也稱光電耦合器或光耦，它可較大地提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。光耦合器是一種電→光→電耦合器件，它的輸入量是電流，輸出量也是電流，可是兩者之間從電氣上看卻是絕緣的，輸入、輸出回路的絕緣電阻可高達(dá)1010、耐壓超過(guò)1kV。光耦中的發(fā)光二極管一般采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而光敏元件可以是光敏二極管、光敏三極管、達(dá)林頓管，甚至可以是光敏雙向晶閘管、光敏集成電路等。光耦的外形雙列直插式貼片式光耦的隔離、傳輸作用舉例

光耦的紅外發(fā)光二極管經(jīng)兩只限流電阻R1、R2跨接到三相電源路中。請(qǐng)分析當(dāng)交流接觸器未吸合時(shí)和吸合后兩種狀態(tài)下流過(guò)光耦中的紅外發(fā)光二極管VＬ1的電流、光耦中的光敏三極管V1的狀態(tài)，以及Ue、Ｕo的電平。

用“測(cè)電筆”測(cè)試IC1左右兩側(cè)的帶電狀態(tài)，哪一側(cè)電筆亮？電磁兼容實(shí)驗(yàn)室及新產(chǎn)品的電磁兼容試驗(yàn)

（參考上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院電磁兼容實(shí)驗(yàn)室資料）空調(diào)的電磁兼容試驗(yàn)

電磁兼容實(shí)驗(yàn)室及新產(chǎn)品的電磁兼容試驗(yàn)（續(xù)）

（參考上海市電磁兼容檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資料）電磁兼容實(shí)驗(yàn)室及角錐形吸波材料

各種吸波材料

吸波角錐

角錐型吸波材料是由軟質(zhì)聚氨酯泡沫經(jīng)過(guò)浸炭及阻燃處理等工序加工制成，使用頻帶寬，是建造無(wú)回波暗室的最常用材料。（參考大連東信微波吸收材料有限公司資料）各種吸波材料

劈形吸波材料（參考大連東信微波吸收材料有限公司資料）大形角錐電波暗室的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

電波暗室的結(jié)構(gòu)分為3層，最外層是金屬屏蔽層，起到隔離空間電磁波的作用；中間一層是鐵氧體吸波材料，主要吸收低頻段的電磁波；最里層為聚合物泡沫吸波材料，吸收低頻至高頻所有頻率。其中幾百毫米長(zhǎng)的尖劈可吸收2-3GHz以下的電磁波，一百多毫米長(zhǎng)的尖劈可吸收高大40GHz的電磁波。電波暗室的屏蔽性能在18GHz時(shí)仍可衰減幾十分貝。電磁兼容實(shí)驗(yàn)室（續(xù)）

平板型吸波材料由橡膠和磁性吸波填料膜壓成形，可彎曲和切割。

電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的天線

“三米法”和“十米法”暗室天線的高度分別為1.8m和3m，與被測(cè)物的距離分別為3m和10m。EMC輻射干擾測(cè)試室

（參考江蘇省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)所資料）被測(cè)試儀器干擾輻射天線干擾源用于傳導(dǎo)測(cè)量的屏蔽室

（參考信息產(chǎn)業(yè)部通信計(jì)量中心資料）

EMC傳導(dǎo)干擾測(cè)試室

干擾源將高壓電火花信號(hào)迭加到被測(cè)儀器的電源線上，再測(cè)試此時(shí)儀器性能的變化。電磁兼容試驗(yàn)及試驗(yàn)報(bào)告參考Rainford公司資料EMI（電磁干擾）測(cè)試儀表交直流電場(chǎng)、磁場(chǎng)檢測(cè)儀表（接收測(cè)頭未畫(huà)出）EMI測(cè)試儀器AEFM型交流電場(chǎng)計(jì)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度測(cè)試和電磁敏感度測(cè)試

射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度（RadiatedSusceptibility，簡(jiǎn)稱RS）和電磁敏感度（ElectromagneticSusceptibility，簡(jiǎn)稱EMS）測(cè)試可以在吉赫茲?rùn)M電波小室（GigahertzTransverseElectromagneticCell，簡(jiǎn)稱GTEM小室）中進(jìn)行。

GTEM小室與電波暗室相比的優(yōu)點(diǎn)

占地小，造價(jià)低，能對(duì)外界的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的隔離，不對(duì)外泄漏。GTEM小室的上限頻率較高，電場(chǎng)強(qiáng)度較均勻，比較適合小件產(chǎn)品EMC指標(biāo)的測(cè)試。

GTEM小室采用漸變結(jié)構(gòu)，其上限工作頻率可達(dá)1GHz以上。

GTEM小室原理GTEM小室是根據(jù)同軸及非對(duì)稱矩形傳輸線原理設(shè)計(jì)的。其“芯板”和導(dǎo)電外殼可分別看作同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體。

*§5.2軟件抗干擾措施采用“指令冗余”看門(mén)狗系統(tǒng)復(fù)位數(shù)字濾波*（1）數(shù)字量輸入輸出中的軟件抗干擾對(duì)于數(shù)字量輸出軟件抗干擾最有效的方法是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù),重復(fù)周期應(yīng)盡量短。這樣輸出裝置在得到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信號(hào)后,還來(lái)不及反應(yīng),一個(gè)正確的信號(hào)又來(lái)到了,從而可以防止誤動(dòng)作的產(chǎn)生。在程序結(jié)構(gòu)上,可將輸出過(guò)程安排在監(jiān)控循環(huán)中,循環(huán)周期取得盡可能短,就能有效地防止輸出設(shè)備的錯(cuò)誤動(dòng)作。（2）程序執(zhí)行過(guò)程中的軟件抗干擾程序“跑飛”：如果干擾信號(hào)已經(jīng)通過(guò)某種途徑作用到了CPU上,則CPU就不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序,從而引起混亂。常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象*1、采用“指令冗余”措施：

所謂“指令冗余”,就是在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令NOP。對(duì)于80C51單片機(jī)來(lái)說(shuō),所有的指令都不會(huì)超過(guò)3個(gè)字節(jié),因此在某條指令前面插入兩條NOP指令,則該條指令就不會(huì)被前面沖下來(lái)的失控程序拆散,而會(huì)得到完整的執(zhí)行,從而使程序重新納入正常軌道。

2、“程序運(yùn)行監(jiān)視器”,俗稱“看門(mén)狗”(WATCHDOG)硬件WATCHDOG軟件WATCHDOG*硬件WATCHDOG：*WATCHDOG

如果“跑飛”的程序落到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中,冗余指令和軟件陷阱都將無(wú)能為力,這時(shí)可采取WATCHDOG（俗稱“看門(mén)狗”）措施。

WATCHDOG有如下特性:(1)本身能獨(dú)立工作,基本上不依賴于CPU。CPU只在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內(nèi)與之打一次交道,表明整個(gè)系統(tǒng)“目前尚屬正?！薄?/p>

(2)當(dāng)CPU落入死循環(huán)后,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。*

也可以用軟件程序來(lái)形成WATCHDOG。例如,可以采用8031的定時(shí)器T0來(lái)形成WATCHDOG。將T0的溢出中斷設(shè)為高優(yōu)先級(jí)中斷,其它中斷均設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)中斷,若采用6MHz的時(shí)鐘,則可用以下程序使T0

定時(shí)約10ms來(lái)形成軟件WATCHDOG:MOVTMOD,＃01H;置T0為定時(shí)器

SETBET0 ;允許T0中斷

SETBPT0 ;設(shè)置T0為高優(yōu)先級(jí)中斷

MOVTH0,＃0E0H ;定時(shí)約10msSETBTR0 ;啟動(dòng)T0SETBEA ;開(kāi)中斷*三、系統(tǒng)的恢復(fù)

如用軟件WATCHDOG使系統(tǒng)復(fù)位時(shí),程序出錯(cuò)有可能發(fā)生在中斷子程序中,中斷激活標(biāo)志已經(jīng)置位,它將阻止同級(jí)的中斷響應(yīng),由于軟件WATCHDOG是高級(jí)中斷,它將阻止所有的中斷響應(yīng)。由此可見(jiàn)清除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中,只有RETI指令能清除中斷激活標(biāo)志。前面提到的出錯(cuò)處理程序ERR主要是完成這一功能。這部分程序如下:*ORG3000HERR:CLREA;關(guān)中斷

MOVDPTR,＃ERR1;準(zhǔn)備返回地址

PUSHDPLPUSHDPHRETI;清除高優(yōu)先級(jí)中斷激活標(biāo)志ERR1:MOV66H,＃0AAH;重建上電標(biāo)志

MOV67H,＃55HCLRA;準(zhǔn)備復(fù)位地址

PUSHACC;壓入復(fù)位地址

PUSHACCRETI;清除低級(jí)中斷激活標(biāo)志*圖系統(tǒng)復(fù)位策略*四、數(shù)字濾波

數(shù)字濾波有如下優(yōu)點(diǎn):(1)數(shù)字濾波是由軟件程序?qū)崿F(xiàn)的,不需要硬件,因此不存在阻抗匹配的問(wèn)題。

(2)對(duì)于多路信號(hào)輸入通道,可以共用一個(gè)軟件“濾波器”,從而降低設(shè)備的硬件成本。

(3)只要適當(dāng)改變?yōu)V波器程序或運(yùn)算參數(shù),就能方便地改變?yōu)V波特性,這對(duì)于低頻脈沖干擾和隨機(jī)噪聲的克服特別有效。*

一、低通濾波若一階RC模擬低通濾波器的輸入電壓為X(t),輸出為Y(t),它們之間存在如下關(guān)系:為了進(jìn)行數(shù)字化,必須應(yīng)用它們的采樣值,即如果采樣間隔Δt足夠小,則式（9-1）的離散值近似為*即令則式（9-3）可化為(9-3)若采樣間隔Δt足夠小,則,濾波器的截止頻率為*圖9.15低通濾波器程序流程圖*

為計(jì)算方便,a取一整數(shù),（1-a）用256-a來(lái)代替。計(jì)算結(jié)果舍去最低字節(jié)即可,設(shè)Yn-1存放在30H（整數(shù)）和31H（小數(shù)）兩單元中,Yn存放在32H（整數(shù)）和33H（小數(shù)）中。程序如下:F1:MOV30H,32H;更新Yn-1MOV31H,33HACALLINPUT;采樣X(jué)nMOVB,＃8;計(jì)算aXnMULABMOV32H,B;臨時(shí)存入Yn中

MOV33H,AMOVB,＃248;計(jì)算（1-a）Yn-1MOVA,31H*

MULABRLCAMOVA,BADDCA,33H ;累加到Y(jié)n中

MOV33H,AINCF11INC32HF11:MOVB,＃248MOVA,＃30HMULABADDA,33HMOV33H,AMOVA,BADDCA,32HMOV32,ARET*二、限幅濾波圖5.?限幅濾波程序流程圖*PUSHACC ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

PUSHPSWMOVA,＃30H ;Yn→ACLRCSUBBA,31H ;求Yn-Yn-1-1INCLP0 ;Yn-Yn-1≥0嗎？

CPLA ;Yn<Yn-1,求補(bǔ)LP0:CLRCCJNEA,＃01H,LP2 ;Yn-Yn-1>ΔY？LP1:MOV32H,30H ;等于ΔY,本次采樣值有效

SJMPLP3LP2:JCLP1 ;小于ΔY,本次采樣值有效

MOV32H,31H ;大于ΔY,Yn=Yn-1LP3:POPPSW