機车车辆计算机控制基础第九章

1、機车车辆计算机控制基础第九章 1 第九章 计算机控制系统的 抗干扰技术 機车车辆计算机控制基础第九章 2 主要内容 o 干扰的来源和传播途径 n 外部干扰/内部干扰 n 干扰的传播途径 o 硬件抗干扰方法 n 串模干扰的抑制方法 n 共模干扰的抑制方法 n 长线传输干扰的抑制方法 n 信号线干扰的抑制方法 n 电源系统干扰的抑制方法 n 接地干扰的抑制方法 o 软件抗干扰方法 n 指令冗余技术 n 看门狗技术 機车车辆计算机控制基础第九章 3 干扰的来源和传播途径 p 干扰的来源 n 外部干扰：由使用条件和外部环境因素决定 n 内部干扰：系统的结构布局、制造工艺所引入的 p 干扰的传播途径 n

2、 静电耦合 n 磁场耦合 n 公共阻抗耦合 機车车辆计算机控制基础第九章 4 外部干扰 機车车辆计算机控制基础第九章 5 内部干扰 機车车辆计算机控制基础第九章 6 静电耦合 機车车辆计算机控制基础第九章 7 磁场耦合 機车车辆计算机控制基础第九章 8 公共阻抗耦合 機车车辆计算机控制基础第九章 9 硬件抗干扰方法 p 串模干扰的抑制方法 p 共模干扰的抑制方法 p 长线传输干扰的抑制方法 p 信号线干扰的抑制方法 p 电源系统干扰的抑制方法 p 接地干扰的抑制方法 機车车辆计算机控制基础第九章 10 串模干扰 機车车辆计算机控制基础第九章 11 串模干扰的抑制方法 p 双绞线 p 滤波电路

3、機车车辆计算机控制基础第九章 12 共模干扰 機车车辆计算机控制基础第九章 13 共模干扰的抑制方法 p 变压器隔离 機车车辆计算机控制基础第九章 14 共模干扰的抑制方法 p 光电隔离 機车车辆计算机控制基础第九章 15 共模干扰的抑制方法 p 浮地屏蔽 機车车辆计算机控制基础第九章 16 长线传输干扰 p 信号在长线中传输过程中除了会受到外 界干扰和引起信号延迟外，还可能会产生 波反射现象 p 由于传输线的分布电容和分布电感的影 响，信号会在传输线内部产生正向前进的 电压波和电流波，成为入射波 機车车辆计算机控制基础第九章 17 波阻抗的测量 機车车辆计算机控制基础第九章 18 长线传输干

4、扰的抑制方法 p 终端阻抗匹配 機车车辆计算机控制基础第九章 19 长线传输干扰的抑制方法 p 始端阻抗匹配 機车车辆计算机控制基础第九章 20 信号线干扰的抑制方法 p 信号线的选择 n 信号线类型的选择：在精度要求高、干 扰严重的场合，应当采用屏蔽信号线，如 带屏蔽层的塑料电缆或屏蔽双绞线等 n 信号线粗细的选择：一般为1.5mm2和 1.0mm2 機车车辆计算机控制基础第九章 21 信号线干扰的抑制方法 p 信号线的敷设 n 模拟信号线和数字信号线不能用同一根电缆 n 屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时避免多 点接地 n 信号线的敷设要尽量远离干扰源，如变压器、 电动机等电器设备，同时将

5、信号线单独穿管配线 n 信号电缆和电源电缆必须分开，并尽量避免平 行敷设 機车车辆计算机控制基础第九章 22 信号线的敷设 機车车辆计算机控制基础第九章 23 电源系统干扰的抑制方法 p 交流电源系统 機车车辆计算机控制基础第九章 24 交流电源系统干扰的抑制方法 p 选用比较稳定的交流电源线，不要将控制 系统接到负载变化大、有高频设备的电源上 p 利用干扰抑制器消除尖峰干扰 p 采用交流稳压器稳定电网电压 p 利用UPS保证不间断供电 p 掉电保护电路 p 掉电保护程序 機车车辆计算机控制基础第九章 25 交流稳压器 機车车辆计算机控制基础第九章 26 不间断电源UPS（Uninterrup

6、tible Power System） 機车车辆计算机控制基础第九章 27 掉电保护电路 機车车辆计算机控制基础第九章 28 直流电源系统干扰的抑制方法 p 交流电源变压器的屏蔽 p 采用直流开关电源 p 采用DC-DC变换器 p 为每块电路板设置独立的直流电源 p 集成电路块的VCC加旁路电容 機车车辆计算机控制基础第九章 29 交流电源变压器的屏蔽 機车车辆计算机控制基础第九章 30 直流开关电源 p 直流开关电源是一种脉宽调制型电源，具 有体积小、重量轻、效率高、电网电压变化 时不会输出过电压或欠电压、输出电压保持 时间长等优点 p 直流开关电源开关电源初级、次级之间有 较好的隔离，对于

7、交流电网上的高频脉冲干 扰有较强的隔离能力 p 直流开关电源可提供5V、12V、24V 电压等 機车车辆计算机控制基础第九章 31 DC-DC变换器 p DC-DC变换器将一种电压的直流电源转 换成另外一种电压的直流电源，具有体积小、 性价比高、输入电压范围大、输出电压稳定 等优点 p DC-DC变换器有升压型或降压型或升压/ 降压型几种 機车车辆计算机控制基础第九章 32 每块电路板设置独立的直流电源 p 当一个计算机控制系统中有多块功能电路 板时，为了防止板与板之间的相互干扰，可 以对每块板的直流电源采用分散独立供电系 统 p 这样不会因为某个供电系统出现故障而导 致整个系统遭到破坏，而且

8、也减少了公共阻 抗的相互耦合，提高了系统供电的可靠性， 也有利于电源散热 機车车辆计算机控制基础第九章 33 集成电路块的VCC加旁路电容 p 集成电路的开关高速动作时会产生噪声， 这时VCC和GND也会产生噪声，为此加入高频 特性好的旁路电容，将开关电流经过的线路 局限在一个极小的范围内 p 旁路电容一般采用0.01F-0.1F陶瓷电 容器，而且引线要短并接近VCC和GND端 機车车辆计算机控制基础第九章 34 接地 p 接地的含义：接实地、接虚地 p 接地的目的：工作接地、保护接地 p 接地的种类：模拟地、数字地、信号地、 交流地和保护地 機车车辆计算机控制基础第九章 35 接地干扰的抑制

9、方法 p 单点接地与多点接地 p 分别回流法单点接地 p 输入系统接地 p 印制电路板的地线分布 p 主机系统接地 機车车辆计算机控制基础第九章 36 单点接地与多点接地 機车车辆计算机控制基础第九章 37 分别回流法单点接地 機车车辆计算机控制基础第九章 38 输入系统接地 機车车辆计算机控制基础第九章 39 印制电路板的地线分布 p TTL、CMOS器件的地线要呈辐射状，不能 形成环形 p 印制电路板上的地线要根据通过的电流大 小决定其宽度，不小于3mm，越宽越好 p 旁路电容的地线不能长，应尽量短 p 大电流的零电位地线应尽量宽，而且必须 和小信号的地分开 機车车辆计算机控制基础第九章

10、40 主机系统接地-全机一点接地 機车车辆计算机控制基础第九章 41 主机系统接地-主机外壳接地，机芯浮空 機车车辆计算机控制基础第九章 42 主机系统接地-多机系统的接地 p 在计算机网路系统中，多台计算机之间 相互通信，如果接地不合理，将使整个网络 系统无法工作 p 可以采用变压器隔离技术、光电隔离技 术、无线通信技术等 機车车辆计算机控制基础第九章 43 冗余 p 冗余就是为了保障整个系统在局部发生故 障时能够正常工作，而在系统设置一些备份 部件，一旦发生故障便启动备份部件投入工 作，使系统保持正常工作 n 硬件冗余 n 信息冗余 n 软件冗余 機车车辆计算机控制基础第九章 44 软件抗干扰方法-指令冗余技术 p 当计算机控制系统收到外界干扰，破坏了 CPU正常的工作时序，可能造成程序计数器 的值发生改变，跳转到随机的程序存储区 p 为了解决这一问题，可采用在程序中人为 得插入一些空操作指令（NOP）或将有效的 单字节指令重复书写，即指令冗余技术 機车车辆计算机控制基础第九章 45 软件抗干扰方法-指令冗余技术 p 另一种指令冗余技术是软件陷阱，它是在 非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱， 即通过一条引导指令，强行将跑飞