数字电子系统的抗干扰设计PPT学习教案

1、会计学1 数字电子系统的抗干扰设计数字电子系统的抗干扰设计 引言引言 ：我们都希望设计的设备工作可靠，不会被其 我们都希望设计的设备工作可靠，不会被其 它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是，它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是， 由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在，所由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在，所 以，我们设计的产品往往达不到这些目标。以，我们设计的产品往往达不到这些目标。 如果不能有效地解决这些问题，我们可能必如果不能有效地解决这些问题，我们可能必 须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，须放弃这些项目或者采取修修补补的办法， 这样一来既浪费了我们投资项目的所有时间这样一来既浪费了我们

2、投资项目的所有时间 、资金和努力，又可能使产品性能大打折扣、资金和努力，又可能使产品性能大打折扣 。因此，。因此，一般在工作的开始就必须将干扰抑一般在工作的开始就必须将干扰抑 制措施设计进产品制措施设计进产品。 第1页/共23页 第2页/共23页 来源：来源： 用数学语言描述：一般dudt，didt大的地 方就是干扰源。如：继电器、雷电、电机 、可控硅、高频时钟等。 分类：分类：干扰一般有电源噪声干扰、空间干扰 (即场干扰)和传导干扰。 1.电源噪声干扰有过压、欠压、浪涌电压、尖峰电压等； 2.传导干扰则通过与系统相连接的导线传播到敏感器件的干扰，如，以与前向通道和后向通道等进入系统； 3.空

3、间干扰都通过电磁波辐射窜入系统。 第3页/共23页 三、抗干扰设计三、抗干扰设计 第4页/共23页 抗干扰设计的抗干扰设计的 原则：原则： 即尽可能的减小干扰源的dudt，didt 。减小干扰源的dudt主要是通在干扰源 两端并联电容来实现。减小干扰源的di dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及 增加续流二极管来实现。 第5页/共23页 设计步骤设计步骤 (1)了解干扰的类型和来源干扰源：了解干扰的类型和来源干扰源： (2)在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对 系统的影响；系统的影响； (3)针对性的设计线路板、导线的结构以尽量针对性的设计线路板、导线的结

4、构以尽量 消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件 ； (4)将系统分成模块调试，保证每个子系统组将系统分成模块调试，保证每个子系统组 装正确无误、工作正常，在进行进一步组装装正确无误、工作正常，在进行进一步组装 前不会有任何问题。前不会有任何问题。 通过一开始就正确地设计系统，经常提前完通过一开始就正确地设计系统，经常提前完 成任务，成本也较低。成任务，成本也较低。 第6页/共23页 四、抗干扰措施四、抗干扰措施 第7页/共23页 给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽 量短。 可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产 生的噪声(这个噪声严重时会把可控硅

5、击穿的)。 1.抑制干扰源：抑制干扰源： 继电器线圈增加续流二极管（反向并联），消除断开 线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电 器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时 间内可动作更多的次数。 在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联 电路)，减小电火花影响。 布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 第8页/共23页 2切断传播途径：切断传播途径： 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两 类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干 扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以 通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪 声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。

6、 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件 的干扰。一般解决方法是增加干扰源与敏感器件 的距离，用地线把它们隔离或在敏感器件上加蔽 罩。 3提高系统本身的抗干扰能力，降低系统对噪提高系统本身的抗干扰能力，降低系统对噪 声的敏感程度。声的敏感程度。 第9页/共23页 一些常见的干扰及抗干扰措施：一些常见的干扰及抗干扰措施： 1空间干扰的产生及抗干扰措施空间干扰的产生及抗干扰措施 在数字电子系统(如，计算机和利用微处理器的 设备)中，数据快速传输和处理产生的信号有很 高的重复频率和脉冲上升时间，因此，高频谐 波非常显著，短导线和电缆以及印制电路上的 导体都是有效的辐射体；另外，被控功率器件 也产

7、生能量较大的空间干扰；其它设备产生的 电磁辐射作用于电缆以及印制电路上的导体也 可产生干扰。不过空间干扰可用良好的屏蔽与 正确接地、高频滤波加以解决，故数字电子系数字电子系 统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰. 第10页/共23页 数字电子系统中最重要、并且危害最严重数字电子系统中最重要、并且危害最严重 的干扰来源于电源的污染。的干扰来源于电源的污染。 2供电系统的电源干扰及抗干扰措施供电系统的电源干扰及抗干扰措施 第11页/共23页 过压、欠压、停电的危害是显而易见的，轻则使过压、欠压、停电的危害是显而易见的，轻则使 系统运行异常，重则损坏系统。解决

8、的办法是电系统运行异常，重则损坏系统。解决的办法是电 源中加入交流稳压器，用来保证供电的稳定性，源中加入交流稳压器，用来保证供电的稳定性， 防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系 统的可靠性。统的可靠性。 第12页/共23页 半周过欠压通过磁饱和或电子交流稳压器后输出端也会半周过欠压通过磁饱和或电子交流稳压器后输出端也会 产生振荡，解决办法与上相同。产生振荡，解决办法与上相同。 浪涌浪涌与下陷电压或电流在短时间内超出容许值，如果与下陷电压或电流在短时间内超出容许值，如果 幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大(10 1

9、5)，直接使用不一定会毁坏系统，但由于电源系，直接使用不一定会毁坏系统，但由于电源系 统中接有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器等器件统中接有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器等器件 ，往往会在这些变化点附近产生振荡，由此造成的振，往往会在这些变化点附近产生振荡，由此造成的振 荡能产生荡能产生30 40的电源变化，而使系统无法的电源变化，而使系统无法 工作，解决的办法是使用快速响应的交流电源调压器工作，解决的办法是使用快速响应的交流电源调压器 . 第13页/共23页 尖峰电压（浪涌的一种，但持续时间很短）尖峰电压（浪涌的一种，但持续时间很短） 。解决问题的一种方法是采用浪涌吸收器。解决问题的一种方

10、法是采用浪涌吸收器。 另一种方法是使用具有噪声抑制能力的交流另一种方法是使用具有噪声抑制能力的交流 电源调节器或隔离开关电源模块。电源中的电源调节器或隔离开关电源模块。电源中的 整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电 流尖峰，可以采用软恢复整流器或高额定电流尖峰，可以采用软恢复整流器或高额定电 压和电流整流器。压和电流整流器。 另外，由谐波频谱分析可知，电源系统的干另外，由谐波频谱分析可知，电源系统的干 扰源大部分是高次谐波，因此，采用扰源大部分是高次谐波，因此，采用低通滤低通滤 波波让让50周市电基波通过，滤去高次谐波，以周市电基波通过，滤去高次谐波，以

11、 改善电源波形。改善电源波形。 第14页/共23页 在电源配置中还可以采取下列措施：在电源配置中还可以采取下列措施： (1)利用反激变换器的开关稳压电源，在反激时把输利用反激变换器的开关稳压电源，在反激时把输 人的干扰信号抑制掉；人的干扰信号抑制掉； (2)采用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器，把干扰采用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器，把干扰 的瞬变能量转换成多种频率能量，达到均衡目的。的瞬变能量转换成多种频率能量，达到均衡目的。 它的明显优点是抗电网瞬变干扰能力强，很适宜于它的明显优点是抗电网瞬变干扰能力强，很适宜于 微机实时控制系统。微机实时控制系统。 第15页/共23页 3 过程通道的干扰

12、及抗干扰措施过程通道的干扰及抗干扰措施 数字电子系统过程通道干扰通过与主机相联的前向通道、后向通道及与其它主机的相互信息传输通道进入。 在过程通道中长线传输的干扰是主要因素之一。随着系统主振频率愈来愈高，过程通道的长线传输愈来愈不可避免。例如，按照经验公式计算，当计算机主振频率为1MHz时，传输大于05m或主振为4MHz时，传输线大于03m，即作为长线传输处理。 第16页/共23页 数字电子系统中，传输线上的信息多为脉冲波，数字电子系统中，传输线上的信息多为脉冲波， 它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减与它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减与 通道干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措

13、通道干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措 施有：施有： 光电耦合隔离 双绞线传输 第17页/共23页 (1)光电耦合隔离措施光电耦合隔离措施 光耦具有很强的抗干扰能力，这是因为： (a)光耦的输人阻抗很小，而干扰源内阻则很大，因此，能分压到光电耦合器输人端的噪声很小； (b)干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光耦输人部分的发光二极管是在电流状态下工作，由于干扰信号不能产生足够的电流而被抑制； (c)光电耦是在密封条件下实现输人与输出的光耦合，因此，不会受到外界的光干扰； (d)输人与输出问的分布电容极小，一般为本052PF，而且绝缘电阻很大，因此，干扰很难通过光耦传送

14、到另一边。另外，光耦去掉了长线两端的公共地，不仅有效消除了各逻辑电路的电流流经公共地时所产生的噪声电压相互窜扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以防止受控设备短路时保护系统不受损坏。 第18页/共23页 (2)双绞线传输双绞线传输 在微机实时系统的长线传输中，双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，虽然频带较差，但波阻抗高、抗共模噪声能力强。双绞线能使各个小环路的电磁感应干扰相互抵消；其分布电容为几十皮法，距离信号源近，可起到积分作用，故双绞线对电磁场具有一定抑制效果，但对接地与节距有一定要求。 另外，在接指示灯、继电器等时，也要使用双绞线，但由于这些电路中的电流比信号电流大很多，因此，这些电路应远离信号电路。 当双绞线与光电耦合器联合使用时，如果在光电耦合器的光敏晶体管的基极上接有电容(数PF一00l )及电阻(1020Mi)，且后面跟接施密特型集成电路，则会大大加强抗振荡与抗噪声的能力。 第19页/共23页 当双绞线与光电耦合器联合使用时，如果在光 电耦合器的光敏晶体管的基极上接有电容(数PF 一00l )及电阻(1020Mi)，且后面跟接施密 特型集成电路，则会大大加强抗振荡与抗噪声 的能力。 第20页/共23页 五：数字电路的软件抗干扰措施五：数字电路的软件抗干扰措施 数据传送中的抗干扰技术是