第八章电子系统工程实现中的问题

第八章 电子系统工程实现中的问题8.1 电子系统的抗干扰设计在工业测试现场存在着严重的干扰，如声、电、光、磁、振动，以及化学腐蚀、高温、高压等。这些干扰会对安装在工业现场的测量造成影响，轻则影响其精度，重则是系统无法工作。8.1 电子系统的抗干扰设计一、干扰源简介1、外部干扰（ 1） 自然干扰 ：只能对电子系统产生干扰的自然现象，如雷电、宇宙辐射、太阳黑子的活动及空间电离层的变化等，即主要来自天空。因此这种干扰主要影响通信设备等高频电子设备，对工业用的电子系统，虽然有一定影响，但影响不大。（ 2） 人为干扰 ：指由各种电器设备所产生的电磁场，电火花造成的干扰。如电火花加热、电弧焊接、高频加热、可控硅整流、开关电源等强电系统。这些干扰源主要通过供电电源，以及向周围产生电磁场来影响电子系统。二、内部干扰热噪声 ：主要由导体内部自由电子无规则的热运动所产生的。这种噪声除了在超低温外事不可避免的。温度越低噪声越小，所以要尽量抑制温度的上升。接触不良引起的噪声 ：电路布线的连接不牢或接触不良引起的噪声。感应噪声 ：由于电路元件或布线间的静电感应而造成的各电路的相互干扰所引起的噪声。信号失真引起的噪声 ：信号波形在电路中失真畸变而引起的噪声。自激振荡 ：具有放大功能的电路，其输出信号的一部分通过 “寄生耦合 ”以正反馈的方式加到电路的输入端而产生不需要的自激振荡形成的噪声。二、干扰的传输方式干扰源对测量控制系统产生不良影响应具备三个因素： 干扰源 、 测量系统对干扰具有敏感的接收电路 、 干扰源与测量系统之间具有合适的传输方式 耦合 。1、电容性干扰（电场耦合）在电路板上所有相互绝缘的导线或支路都存在寄生电容，放大器输入引线和输出引线、外界电力线等电器设备之间也存在着寄生电容。 寄生电容的存在 会使一条支路（或元件）上的电荷通过寄生电容传送到另条支路上，通常称这种传输方式为电容性耦合，亦称 电场耦合。2、互感性耦合（磁场耦合）互感性耦合的实质是 磁场耦合 ，因为互感的存在，会在被干扰电路产生干扰电压，形成干扰。3、漏电流耦合由于元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质等都是有一定的绝缘电阻的，因此流过绝缘电阻的 漏电流也会耦合干扰 。特别是当漏电流流入高输入电阻放大器的输入级时，其影响特别严重。4、共阻抗耦合共阻抗是指两个（或两个以上）电路所共有阻抗。共阻抗耦合是指当一个电路中的电流流过公共阻抗时，在公共阻抗上产生一定的压降，此时，共阻抗上的电压就是其他电路的干扰电压。共阻抗耦合干扰是电子系统中最常见的，如几个电路共用一个直流电源供电时，直流电源内部电阻就是共阻抗；在多级放大器中，各放大级会通过地线电阻产生相互干扰。三、电子系统的抗干扰设计1、抑制干扰的三种方法（ 1）消除干扰源 “ 灭 ”干扰的方法一般情况下，干扰都应该消除。若不能消除，可采用其他方法。（ 2）破坏干扰的传输途径 “ 阻止 ”干扰的方法对于 以 “路 ”的形式传输 的干扰，如共阻 抗耦合、漏电流耦合，可采用合理接地技术、提高绝缘性能、隔离变压器等。以 “场 ”的形式传输 的干扰，一般采用屏蔽和接地技术。（ 3）提高接收电路抗干扰能力 “ 抗 ”的方法一般情况下 高输入阻抗电路比低输入阻抗电路更容易受到干扰的影响。 布局松散的电子装置比结构紧凑的电子装置更易受外来干扰。 模拟电路比数字电路的抗干扰能力差。2、抗干扰设计(1)屏蔽技术屏蔽技术的基本原理时把电路线和磁力线的影响限制在某一个范围，即隔离 “场 ”的耦合。常用低电阻的金属材料（如铜和铝）制成一个空腔的金属盒，将电路置于屏蔽盒，并将屏蔽良好地接大地（静电屏蔽）；用高导磁材料，如坡莫合金，做屏蔽罩，使干扰磁场的磁力线在屏蔽罩内构成磁通路，防止低频磁场干扰。常 利用设备外壳做屏蔽 ，应注意与电路地实现良好的搭接。若采用塑料机箱，在必要时，应在内部喷涂金属作为屏蔽层。（ 2）注意元件的 安装位置 与 角度 。特别是变压器、电感线圈等产生的磁场具有特定的方向性应考虑它们对其它电路的影响。（ 3）采用双绞线、同轴电缆作为长距离信号的传导线 .（ 4）采用变压器隔离（ 5）采用光电耦合器隔离（ 6）滤波 采用滤波器使信号与干扰在频谱上分离。为了减少宽带噪声干扰，在可能条件下，使电路的各个环节做成窄带，以限制噪声。（ 7）接地电器设备的安全地线 ：在电器设备中，为了确保安全，把三相四线制电网的零线、机壳底