电子电路的抗干扰技术

1、3.5 屏蔽、接地、浮置与其他干扰抑制技术屏蔽、接地、浮置与其他干扰抑制技术 3.6 电源变压器与工频干扰电源变压器与工频干扰3.7 通过布线减小干扰通过布线减小干扰3.8 软件抗干扰技术软件抗干扰技术 思考与练习题思考与练习题 第三讲 电子电路的抗干扰技术(二)3.5.2 3.5.2 接地技术接地技术1. 1. 接地的概念和目的接地的概念和目的在电子测量系统中，地的含义包括两种。一是代在电子测量系统中，地的含义包括两种。一是代表一个系统或一个电路的等电位参考点，接地的目的表一个系统或一个电路的等电位参考点，接地的目的是为系统或电路的各部分提供一个稳定的基准电位，是为系统或电路的各部分提供一个

2、稳定的基准电位，并以低的阻抗为信号电流回流到信号源提供通路。这并以低的阻抗为信号电流回流到信号源提供通路。这种地又称为信号地。显然，没有信号地，种地又称为信号地。显然，没有信号地， 系统或电路系统或电路是无法工作的。二是指地球的大地。系统或电路的某是无法工作的。二是指地球的大地。系统或电路的某些部分需要与该地连接，接地的目的是为电气设些部分需要与该地连接，接地的目的是为电气设备提备提供一个保护接地，或者是满足静电屏蔽的需要。供一个保护接地，或者是满足静电屏蔽的需要。 2. 2. 电子测量系统中的多种地线电子测量系统中的多种地线1 1） 保护地线保护地线 为了安全起见，作为三相四线制电源电网的零

3、线、为了安全起见，作为三相四线制电源电网的零线、电气设备的机壳、底盘以及避雷针等都需要接大地。电气设备的机壳、底盘以及避雷针等都需要接大地。对于单相电，对于单相电， 为了保证用电的安全性，也应采用具为了保证用电的安全性，也应采用具有保护接地线的单相三线制配电方式。图有保护接地线的单相三线制配电方式。图3-123-12是是220V220V三线制交流配电原理图。三线制交流配电原理图。“火线火线”上装有熔断丝，上装有熔断丝，保护地线应与设备外壳相连。当电流超过容限时，熔保护地线应与设备外壳相连。当电流超过容限时，熔断丝切断电源，但不管漏电流大小或熔断丝断丝切断电源，但不管漏电流大小或熔断丝是否熔断，

4、是否熔断， 用电设备外壳始终保持地电位，用电设备外壳始终保持地电位， 从而保障了人身安全。从而保障了人身安全。 图3-12 单相三线制配电原理图 2 2） 信号地线信号地线 电子测量系统中的地线除特别说明是接大地的以电子测量系统中的地线除特别说明是接大地的以外，一般都是指作为电信号的基准电位的信号地线。外，一般都是指作为电信号的基准电位的信号地线。 信号地线又可分为两种：模拟地和数字地。模拟信号地线又可分为两种：模拟地和数字地。模拟地是模拟信号的零电位公共线。因为模拟信号一般较地是模拟信号的零电位公共线。因为模拟信号一般较弱，所以对模拟地要求较高。数字地是数字信号的零弱，所以对模拟地要求较高。

5、数字地是数字信号的零电位公共线。电位公共线。 由于数字信号一般较强，故对数字地要求可低些。由于数字信号一般较强，故对数字地要求可低些。但由于数字信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在但由于数字信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在杂散的接地阻抗上产生的干扰电压，杂散的接地阻抗上产生的干扰电压， 即使尚未达到即使尚未达到足以影响数字电路正常工作的程度，但对于微弱的模足以影响数字电路正常工作的程度，但对于微弱的模拟信号来说，往往已成为严重的干扰源。为了避免模拟信号来说，往往已成为严重的干扰源。为了避免模拟地与数字地之间的相互干扰，二者应分别设置。拟地与数字地之间的相互干扰，二者应分别设置。 3 3）

6、信号源地线信号源地线信号源地线是传感器本身的零电位基准公共线。信号源地线是传感器本身的零电位基准公共线。传感器可看做是测量装置的信号源。通常传感器安装传感器可看做是测量装置的信号源。通常传感器安装在生产现场，而显示、记录等测量装置则安装在离现在生产现场，而显示、记录等测量装置则安装在离现场有一定距离的控制场有一定距离的控制室内，室内， 在接地要求上二者不同。在接地要求上二者不同。 4 4） 负载地线负载地线 负载的电流一般较前级信号大得多，负载地线上负载的电流一般较前级信号大得多，负载地线上的电流在地线中产生的干扰作用也大，因此负载地线的电流在地线中产生的干扰作用也大，因此负载地线和放大器的信

7、号地线也有不同的要求。有时二者在电和放大器的信号地线也有不同的要求。有时二者在电气上是相互绝缘的，它们之间通过磁耦合或光耦合传气上是相互绝缘的，它们之间通过磁耦合或光耦合传输信号。输信号。 在电子测量系统中，上述四种地线应分别设置。在电子测量系统中，上述四种地线应分别设置。在电位需要连通时，可选择合适位置在电位需要连通时，可选择合适位置做一点相连，以做一点相连，以消除各地线之间的干扰。消除各地线之间的干扰。 3. 3. 电路一点接地原则电路一点接地原则1 1） 单级放大电路的一点接地单级放大电路的一点接地 如图如图3-133-13（a a）所示，单级选频放大器的原理电路）所示，单级选频放大器的

8、原理电路上有上有7 7个线端需要接地。如果只从原理图的要求进行接个线端需要接地。如果只从原理图的要求进行接线，则这线，则这7 7个线端可以接在接地母线任意不同位置。这个线端可以接在接地母线任意不同位置。这样，不同接地点间的电位差就有可能成为这级电路的样，不同接地点间的电位差就有可能成为这级电路的干扰信号。因此，应采用图干扰信号。因此，应采用图3-133-13（b b）所示的一点）所示的一点接地接地方式。方式。 图3-13 单级电路的一点接地(a) 多点接地方式； (b) 一点接地方式 2 2） 多级电路的一点接地多级电路的一点接地 图图3-14（a）所示的多级电路利用一段公用地线后，）所示的多

9、级电路利用一段公用地线后，再在一点接地，它虽然避免了多点接地可能产生的干再在一点接地，它虽然避免了多点接地可能产生的干扰，但是在这段公用地线上却存在着扰，但是在这段公用地线上却存在着A、B、C三点不三点不同的对地电位差，其中同的对地电位差，其中UA(I1+I2+I3)R1，UBUA+(I2+I3)R2 ，UCUB +I3R3。图3-14 多级电路的一点接地(a) 一点接地的串联方式； (b) 一点接地的并联方式 当各级电平相差不大时，这种接地方式还勉强可当各级电平相差不大时，这种接地方式还勉强可以使用。如果各电路的电平相差很大时，就不能使以使用。如果各电路的电平相差很大时，就不能使用。因为高电

10、平电路将会产生较大的地电流并干扰用。因为高电平电路将会产生较大的地电流并干扰到低电平电路。到低电平电路。 这种利用一段公用地线多级接地方式的优点是布这种利用一段公用地线多级接地方式的优点是布线简便，因此常应用在级数不多，各级电平相差不线简便，因此常应用在级数不多，各级电平相差不大以及抗干扰能力较强的数字电路。在使用这种接大以及抗干扰能力较强的数字电路。在使用这种接地方式时还应注意把低电平的电路放在距接地点最地方式时还应注意把低电平的电路放在距接地点最近的地方，因为该点最接近于地电位。近的地方，因为该点最接近于地电位。3) 放大器与信号源的接地放大器与信号源的接地 图图3-15（a）为放大器与信

11、号源的两点接地方式。）为放大器与信号源的两点接地方式。其中其中Us为信号源电压，为信号源电压，Rs为信号源内阻，为信号源内阻，Rc为引线电为引线电阻。对于微弱信号的放大电路，信号源地与放大器地阻。对于微弱信号的放大电路，信号源地与放大器地之间存在着地电阻之间存在着地电阻RG，当某种干扰电流流过此电阻时，当某种干扰电流流过此电阻时，就会形成共模干扰就会形成共模干扰UG。其等效电路如图。其等效电路如图3-15（b）所）所示。示。 图3-15 放大器与信号源的接地方式(a) 放大器与信号源两点接地； (b) 两点接地等效电路； (c) 一点接地等效电路 3.5.3 3.5.3 浮置技术浮置技术浮置又

12、称浮空、浮接，它指的是电子测量系统的浮置又称浮空、浮接，它指的是电子测量系统的输入信号放大器公共线输入信号放大器公共线( (即模拟信号地即模拟信号地) )不接机壳或大不接机壳或大地。对于被浮置的测量系统，地。对于被浮置的测量系统， 测量电路与机壳或大地测量电路与机壳或大地之间无直流联系。之间无直流联系。 图3-16 浮置的温度测量系统 图图3-16所示的温度测量系统中，其前置放大器通所示的温度测量系统中，其前置放大器通过三个变压器与外界联系。过三个变压器与外界联系。B1是输出变压器，是输出变压器，B2是是反馈变压器，反馈变压器，B3是电源变压器。前置放大器的两个输是电源变压器。前置放大器的两个

13、输入端子均不接外壳和屏蔽层，入端子均不接外壳和屏蔽层， 也不接大地。两层屏蔽也不接大地。两层屏蔽之间互相绝缘，外层屏蔽接大地，内层屏蔽延伸到信之间互相绝缘，外层屏蔽接大地，内层屏蔽延伸到信号源处接地。从图中可明显看出，采用浮置后地电位号源处接地。从图中可明显看出，采用浮置后地电位差所造成的干扰电流大大减小，而且该电流为容性漏差所造成的干扰电流大大减小，而且该电流为容性漏电流。电流。3.5.4 3.5.4 平衡电路平衡电路 平衡电路又称为对称电路。它是指双线电路中的平衡电路又称为对称电路。它是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路对地或对其两根导线与连接到这两根导线的所有电路对地或对

14、其他导线电路结构对称，对应阻抗相等。例如，电桥和他导线电路结构对称，对应阻抗相等。例如，电桥和差分放大器就属于平差分放大器就属于平衡电路。衡电路。 采用平衡电路可以使对采用平衡电路可以使对称电路结构所拾捡的噪声相等，并可以在负载上自行称电路结构所拾捡的噪声相等，并可以在负载上自行抵消。抵消。 图3-17 最简单的平衡电路 图图3-17所示电路是最简单的平衡电路。所示电路是最简单的平衡电路。UN1、UN2为噪声电压源，为噪声电压源，Us1、Us2为信号源，两个噪声为信号源，两个噪声源所产生的噪声电流为源所产生的噪声电流为IN1、IN2，两个信号源产生，两个信号源产生的信号电流为的信号电流为Is。

15、由电路原理图可求出在负载上产生。由电路原理图可求出在负载上产生的总电压为的总电压为 L2L1sL2N2L1N1LRRIRIRIU（3-15） 在一个不平衡系统中，电路的信号传输部分可采在一个不平衡系统中，电路的信号传输部分可采用两个变压器而使其变得平衡，其原理如图用两个变压器而使其变得平衡，其原理如图3-183-18所示。所示。因为长导线最易拾捡噪声，所以这种方法对于信号传因为长导线最易拾捡噪声，所以这种方法对于信号传输电路在噪声抑制上是很有用的。同时，变压器还能输电路在噪声抑制上是很有用的。同时，变压器还能断开地环路，因此能消除负载与信号源之间由于地电断开地环路，因此能消除负载与信号源之间由

16、于地电位差所造位差所造成的噪声干扰。成的噪声干扰。 图3-18 用两个变压器使传输线平衡(a) 不平衡系统； (b) 平衡传输系统 3.5.5 3.5.5 滤波器滤波器1. RC1. RC滤波器滤波器 当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时，感器时， 利用小体积、低成本的无源利用小体积、低成本的无源RC低通滤波器低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。对称的将对串模干扰有较好的抑制效果。对称的RC低通滤波低通滤波器电路如图器电路如图3-19所示。所示。 图3-19 串模干扰信号滤波器(a) 单级RC滤波器与放大器的连接； (b) 二级RC滤波

17、器2. 2. 直流电源输出端的滤波器直流电源输出端的滤波器直流供电的仪表，其直流电源往往被几个电路共直流供电的仪表，其直流电源往往被几个电路共用。因此，用。因此， 为了减弱经共用电源内阻在各电路之间形为了减弱经共用电源内阻在各电路之间形成的噪声耦合，对直流电源输出端还需加装滤波器。成的噪声耦合，对直流电源输出端还需加装滤波器。 图图3-20(a)3-20(a)、(b) (b) 是滤除高、低是滤除高、低频成分干扰的两种滤波频成分干扰的两种滤波器。器。 图图3-20 高、高、 低频干扰电压滤波器低频干扰电压滤波器 3. 3. 退耦滤波器退耦滤波器 当一个直流电源对几个电路同时供电时，为了避免通过电

18、当一个直流电源对几个电路同时供电时，为了避免通过电源内阻造成几个电路之间互相干扰，应在每个电路的直流进线源内阻造成几个电路之间互相干扰，应在每个电路的直流进线与地线之间加装退耦滤波器。图与地线之间加装退耦滤波器。图3-213-21是是RCRC和和LCLC退耦退耦滤波器的应滤波器的应用方法示意图。应注意，用方法示意图。应注意，LC滤波器有一个谐振频率，其值为滤波器有一个谐振频率，其值为 LCf21(3-16) 应将这个谐振频率取在电路的通频带之外。在谐振频率时，滤应将这个谐振频率取在电路的通频带之外。在谐振频率时，滤波器的增益与阻尼系数波器的增益与阻尼系数成成反比。反比。 LC滤波器的阻尼系数滤

19、波器的阻尼系数 LCR2(3-17) 式中式中, R是电感线圈的等效电阻。是电感线圈的等效电阻。 为了将谐振时的增益限制在为了将谐振时的增益限制在2dB以下，应取以下，应取0.5。 图3-21 电源退耦滤波器(a) RC退耦滤波器； (b) LC退耦滤波器 4. 4. 交流电源进线端的对称滤波器交流电源进线端的对称滤波器 任何使用交流电源的电子测量仪表，经电源线任何使用交流电源的电子测量仪表，经电源线传导耦合到测量电路中的干扰，都会对仪表工作造传导耦合到测量电路中的干扰，都会对仪表工作造成影响。为此，在交流电源进线端子间加装滤波器成影响。为此，在交流电源进线端子间加装滤波器是十分必要的。是十分

20、必要的。3.5.6 3.5.6 光电耦合器光电耦合器光耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一光耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的。发光二极管两端为信号输入端，光个管壳内组成的。发光二极管两端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极作为光耦合器的输出端，敏三极管的集电极和发射极作为光耦合器的输出端，它们之间的信号传输是靠发光二极管在信号电压的控它们之间的信号传输是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传送给光敏三极管来完成的。输入信号和制下发光，传送给光敏三极管来完成的。输入信号和输出信号二者之间在电气上是绝缘的。输出信号二者之间在电气上是绝缘的。图3-22 用于断开地环路的

21、光耦合器 见图见图3-22。由于两个电路之间采用光束来耦合，。由于两个电路之间采用光束来耦合，因此能把两个电路的地电位隔离开，因此能把两个电路的地电位隔离开， 两个电路的地两个电路的地电位即使不同也不会造成干扰。光耦合对数字电路电位即使不同也不会造成干扰。光耦合对数字电路很适用，但在模拟电路中需应用光反馈技术，以解很适用，但在模拟电路中需应用光反馈技术，以解决光耦合器特性的非线性问题。决光耦合器特性的非线性问题。 3.5.7 3.5.7 脉冲电路的噪声抑制技术脉冲电路的噪声抑制技术1. 1. 脉冲电路被干扰的一般情况脉冲电路被干扰的一般情况对于脉冲电路来说，理想的信号波形应具有以对于脉冲电路来

22、说，理想的信号波形应具有以下特征：下特征： 幅度一定；幅度一定； 重复周期或脉冲宽度一定；重复周期或脉冲宽度一定； 波形无畸变，不寄生其他非工作信号波形；波形无畸变，不寄生其他非工作信号波形； 没有相位偏移；没有相位偏移； 零电平基零电平基准线保持不变。准线保持不变。 实际电路中，由于各种各样的电路条件及传输过实际电路中，由于各种各样的电路条件及传输过程中各种干扰因素的影响，上述理想条件并不是都能程中各种干扰因素的影响，上述理想条件并不是都能满足。例如，当脉冲信号通过电容时就失去了直流分满足。例如，当脉冲信号通过电容时就失去了直流分量，零电平可能要偏离基准线；电路的时间常数不合量，零电平可能要

23、偏离基准线；电路的时间常数不合适将使脉冲波形发生畸变；信号如通过电感将产生相适将使脉冲波形发生畸变；信号如通过电感将产生相移，且随频率变化；在包含频率极宽的脉冲波形中，移，且随频率变化；在包含频率极宽的脉冲波形中，其每个频率的相移大小各不相同，故会发生波形畸变。其每个频率的相移大小各不相同，故会发生波形畸变。总之，信号的畸变是引起脉冲电路工作异常的重要因总之，信号的畸变是引起脉冲电路工作异常的重要因素之一，也是区别于模拟电路的重要特征。素之一，也是区别于模拟电路的重要特征。 图3-23 常见的脉冲干扰波形(a) 原波形； (b) 严重振铃；(c) 混入了模拟干扰； (d) 高频寄生振荡(e)

24、垂度过大； (f) 共模干扰； (g) 尖峰干扰 2. 2. 脉冲电路的噪声抑制技术脉冲电路的噪声抑制技术1 1） 脉冲干扰隔离门脉冲干扰隔离门脉冲干扰隔离门利用硅二极管的正向压降对幅度脉冲干扰隔离门利用硅二极管的正向压降对幅度较小的干扰脉冲加以阻挡，而让幅度较大的脉冲信号较小的干扰脉冲加以阻挡，而让幅度较大的脉冲信号顺利通过。图顺利通过。图3-243-24给出了脉冲隔离门的原理电路。图给出了脉冲隔离门的原理电路。图中二极管应选用开关中二极管应选用开关管。管。 图3-24 脉冲隔离门 2 2） 削波器削波器当噪声电压低于脉冲的波峰值时，也可使用图当噪声电压低于脉冲的波峰值时，也可使用图3-25

25、3-25所示的削波器。所示的削波器。 该削波器只让高于该削波器只让高于电压电压E的脉的脉冲信号通过，而低于电压冲信号通过，而低于电压E的干扰脉冲则被削掉。的干扰脉冲则被削掉。 图3-25 削波器 (a) 原理图； (b) 波形图 3 3） 积分电路积分电路在脉冲电路中为了抑制窄脉冲型的噪声干扰，使在脉冲电路中为了抑制窄脉冲型的噪声干扰，使用积分电路是最有效的。当脉冲电路以脉冲前沿的相用积分电路是最有效的。当脉冲电路以脉冲前沿的相位作为信息传输时，位作为信息传输时， 通常用微分电路取出前沿相位。通常用微分电路取出前沿相位。但是，如果有噪声脉冲存在，但是，如果有噪声脉冲存在， 其宽度即使很小也会其

26、宽度即使很小也会出现在输出端。如果使用积分电路，则脉冲宽度大的出现在输出端。如果使用积分电路，则脉冲宽度大的信号输出大而脉冲宽度小的噪声脉冲输出小，所以能信号输出大而脉冲宽度小的噪声脉冲输出小，所以能将噪声脉冲干扰滤除掉。图将噪声脉冲干扰滤除掉。图3-263-26以波形图以波形图的形式说明的形式说明了用积分电路消除干扰脉冲的原理。了用积分电路消除干扰脉冲的原理。 图3-26 用积分电路消除干扰脉冲(a) 混有干扰的脉冲信号； (b) 微分电路的输出波形； (c) 积分电路的输出波形 3.6 电源变压器与工频干扰电源变压器与工频干扰3 36 61 1电源变压器的屏蔽措施电源变压器的屏蔽措施1 1

27、电源变压器原、副边绕组之间加入单层静电屏蔽后的漏电电源变压器原、副边绕组之间加入单层静电屏蔽后的漏电流分析流分析 图图3-27 3-27 带静电屏蔽的变压器等效电路带静电屏蔽的变压器等效电路3 36 62 2电源滤波器的构造及抗干扰特性电源滤波器的构造及抗干扰特性任何使用交流电源的电子测量系统，经电源线传导耦合到任何使用交流电源的电子测量系统，经电源线传导耦合到测量电路中的干扰，都会对系统工作造成影响。为此，在交流测量电路中的干扰，都会对系统工作造成影响。为此，在交流电源进线端子间加装滤波器是十分必要的。在电源和负载之间电源进线端子间加装滤波器是十分必要的。在电源和负载之间插入交流电源滤波器之

28、后可以将几千赫兹至几十兆赫兹范围内插入交流电源滤波器之后可以将几千赫兹至几十兆赫兹范围内的电磁干扰衰减到几十分之一。交流电源滤波器有不同的构造，的电磁干扰衰减到几十分之一。交流电源滤波器有不同的构造，因此也有不同的抗干扰特性。因此也有不同的抗干扰特性。 图图3-31是几种常用的电源滤波器的结构原理图。图（是几种常用的电源滤波器的结构原理图。图（a）是高频旁路电容滤波器，可以滤除电源中的高频串模干扰。图是高频旁路电容滤波器，可以滤除电源中的高频串模干扰。图（b）是并接在电源输入两端的两个串联旁路电容，电容间的）是并接在电源输入两端的两个串联旁路电容，电容间的连接点接地。这种滤波器可以滤除电源的共

29、模干扰。图（连接点接地。这种滤波器可以滤除电源的共模干扰。图（c）所示的滤波器电路中，所示的滤波器电路中，C1、C2对滤除共模干扰起作用，而对滤除共模干扰起作用，而C3对对滤除串模干扰起作用。图（滤除串模干扰起作用。图（d）是滤除电源串模干扰的滤波器，）是滤除电源串模干扰的滤波器，L1、L2对于高频干扰源来说是高阻抗，对于高频干扰源来说是高阻抗，C为低阻抗。图（为低阻抗。图（e）是）是滤出共模干扰的滤波器。滤出共模干扰的滤波器。 图3-31 各种电源滤波器的构成 图图3-323-32是对串模干扰和共模干扰均有滤除效果的电源滤波是对串模干扰和共模干扰均有滤除效果的电源滤波器。器。100H100H

30、电感、电感、0.1 F0.1 F电容组成高频滤波器，能吸收从电电容组成高频滤波器，能吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰。图中两只对称的源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰。图中两只对称的5 5 mHmH电感是由绕在同一只铁芯两侧、匝数相等的电感绕组构成的，电感是由绕在同一只铁芯两侧、匝数相等的电感绕组构成的， 称为共模电感（或抗共模干扰扼流圈）。由于电源的进线侧至称为共模电感（或抗共模干扰扼流圈）。由于电源的进线侧至负载的往返电流在铁芯中产生的磁通方向相反、互相抵消，负载的往返电流在铁芯中产生的磁通方向相反、互相抵消， 因而不起电感的作用，对因而不起电感的作用，对50 Hz50 Hz

31、的大负载电流阻抗很小，但对的大负载电流阻抗很小，但对于电源相线和中性线同时存在的大小相等、相位相同的共模噪于电源相线和中性线同时存在的大小相等、相位相同的共模噪声干扰来说，是一个较大的电感，它呈高阻抗，所以对共模噪声干扰来说，是一个较大的电感，它呈高阻抗，所以对共模噪声干扰有良好的抑制作用。图中的声干扰有良好的抑制作用。图中的10 F10 F电容能吸收因电源波电容能吸收因电源波形畸变而产生形畸变而产生的谐波干扰；图中的压敏电阻的谐波干扰；图中的压敏电阻R能吸收因雷击等能吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。引起的浪涌电压干扰。 图3-32 交流电源滤波器电路 3.6.3 3.6.3 铁氧体磁珠滤波器

32、及浪涌吸收器铁氧体磁珠滤波器及浪涌吸收器1. 1. 铁氧体磁珠滤波器铁氧体磁珠滤波器在稳压电源的直流输出端接一个电源滤波器，能有效地抑在稳压电源的直流输出端接一个电源滤波器，能有效地抑制电源干扰，但是当输出直流电流很大时，如数十安培乃至数制电源干扰，但是当输出直流电流很大时，如数十安培乃至数百安培时，滤波器中的抗共模干扰扼流圈势必要做得很大，特百安培时，滤波器中的抗共模干扰扼流圈势必要做得很大，特别是线圈的线要粗，铁芯截面积要大，给制作和安装带来很大别是线圈的线要粗，铁芯截面积要大，给制作和安装带来很大的麻烦。在这种场合下，铁氧体磁珠可以作为滤波器使用。的麻烦。在这种场合下，铁氧体磁珠可以作为

33、滤波器使用。 铁氧体磁珠是一个对高频有很大的损耗，而对低频及直流铁氧体磁珠是一个对高频有很大的损耗，而对低频及直流几乎没有损耗的元件，它对几乎没有损耗的元件，它对1MHz1MHz以上的干扰有显著的衰减作用。以上的干扰有显著的衰减作用。 磁珠可根据需要做成大型的或小型的。小型的孔径为磁珠可根据需要做成大型的或小型的。小型的孔径为1 mm1 mm左右，左右， 可以直接穿在铜线、电阻、晶体管等引线上面，起滤波作用。可以直接穿在铜线、电阻、晶体管等引线上面，起滤波作用。 铁氧体磁珠可分为电阻性的和电感性的两种，一般用电感性的铁氧体磁珠可分为电阻性的和电感性的两种，一般用电感性的磁珠作为滤波器。这种磁珠

34、的等效电路磁珠作为滤波器。这种磁珠的等效电路为一个电阻和一个电感为一个电阻和一个电感的串联，的串联， 磁珠的阻抗与频率之间有如下关系：磁珠的阻抗与频率之间有如下关系： 222 fLRZ（3-19） 式中，式中，R R为磁珠的等效电阻，为磁珠的等效电阻，L L为等效电感。由于磁珠的电阻为等效电感。由于磁珠的电阻R R使电感的使电感的Q Q值下降，而成为低值下降，而成为低Q Q值电路，这对磁珠作为宽频带有值电路，这对磁珠作为宽频带有效的扼流圈是十分重要的。当用一个磁珠还不足以衰减干扰时，效的扼流圈是十分重要的。当用一个磁珠还不足以衰减干扰时， 可用几个串联在一起。在直流大电流时要注意选择磁珠的规格

35、，可用几个串联在一起。在直流大电流时要注意选择磁珠的规格， 不要引起磁珠不要引起磁珠的磁饱和。的磁饱和。 2. 2. 浪涌吸收器浪涌吸收器 在电源电路中用浪涌吸收器，以吸收电源中的各种浪涌在电源电路中用浪涌吸收器，以吸收电源中的各种浪涌脉冲干扰。这也是抑制电源干扰的有效措施之一。脉冲干扰。这也是抑制电源干扰的有效措施之一。 浪涌吸收器的主要特点是其电流浪涌吸收器的主要特点是其电流电压关系很特殊，电流电压关系很特殊，电流的增加和减少，使电阻值也发生相应变化。所以，浪涌吸收的增加和减少，使电阻值也发生相应变化。所以，浪涌吸收器也常称为变阻器。其伏安特性曲线如图器也常称为变阻器。其伏安特性曲线如图3

36、-333-33所示。若一旦所示。若一旦击穿，其两端的压降迅速降低，电流迅速增加。浪涌吸收器击穿，其两端的压降迅速降低，电流迅速增加。浪涌吸收器的主要技术指标有击穿电压、浪的主要技术指标有击穿电压、浪涌电流及导通电压。涌电流及导通电压。 图3-33 浪涌吸收器的伏安特性曲线 3.7 通过布线减小干扰通过布线减小干扰1、强弱信号分开布线、强弱信号分开布线2、交直流线路分开布线、交直流线路分开布线3、高低压线路分开走线、高低压线路分开走线4、减小线路的环路面积、减小线路的环路面积5、导线和元件的固定、导线和元件的固定6、印刷电路板的设计、印刷电路板的设计较差较差较好较好很好很好较好较好较差较差3.7

37、.1印刷电路板的设计印刷电路板的设计一、印刷电路板基板的选择印刷电路板基板的选择二、印刷电路的分布电容及载流量二、印刷电路的分布电容及载流量分布电容大分布电容大分布电容跟单面接近分布电容跟单面接近3.7.3印刷线路板的布线设计：印刷线路板的布线设计：1、走线呈直线状，切忌往返交错：、走线呈直线状，切忌往返交错：较好较好较差较差2、尽量减小布线的分布电容，这与接地电阻应、尽量减小布线的分布电容，这与接地电阻应小相矛盾。小相矛盾。a、采用隔离走线、采用隔离走线b、采用短接线（跳线）、采用短接线（跳线）C、采用屏蔽线或屏蔽板、采用屏蔽线或屏蔽板d、集成电路用隔离地线和电源线、集成电路用隔离地线和电源

38、线3、接地线应随着接地点的增加而不断加宽，尽量减、接地线应随着接地点的增加而不断加宽，尽量减小接地电阻。小接地电阻。4、绝对避免印刷铜箔形成环路，以减小对噪声信号、绝对避免印刷铜箔形成环路，以减小对噪声信号的接收。的接收。5、从安全角度考虑，电源回、从安全角度考虑，电源回路的铜箔应能承受电路的最路的铜箔应能承受电路的最大电流值大电流值、高频电路和高压电路、高频电路和高压电路在拐弯处不应开成尖角，在拐弯处不应开成尖角，以避免高压打火或高频寄生振荡。以避免高压打火或高频寄生振荡。、印制条状铜箔间的距离不可太小。、印制条状铜箔间的距离不可太小。输出电路（第四级）放大电路（第三级）放大电路（第一级）电

39、源电路放大电路（第二级）振荡电路INOUT（a）输出电路（第四级）放大电路（第三级）放大电路（第一级）电源电路放大电路（第二级）振荡电路INOUT(b)不合理较合理电容电容电容电容（a）电容电容电容电容（b不合理较合理电容电容按钮按钮电阻电阻电阻电阻电阻电容电容按钮按钮电阻电阻电阻电阻电阻(a)(b)不合理较合理3.8 软件抗干扰技术软件抗干扰技术 3.8.1 数字滤波技术数字滤波技术 在信号检测系统中均含有各种噪声和干扰，它们来自被测在信号检测系统中均含有各种噪声和干扰，它们来自被测信号本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量，必须消信号本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量，必须消除

40、被测信号中的噪声和干扰。噪声有两大类：一类为周期性的；除被测信号中的噪声和干扰。噪声有两大类：一类为周期性的； 另一类为不规则的。前者的典型代表为另一类为不规则的。前者的典型代表为50Hz的工频干扰，对于的工频干扰，对于这类信号，可以采用前几节介绍的抗干扰措施；对于不规则的这类信号，可以采用前几节介绍的抗干扰措施；对于不规则的随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，因此它实质上是一种程序滤波。数字滤波克服了模拟滤比

41、重，因此它实质上是一种程序滤波。数字滤波克服了模拟滤波器的不足，与模拟滤波器相比，它有以下几个优点：波器的不足，与模拟滤波器相比，它有以下几个优点： （1 1） 数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备，数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备， 所所以可靠性高、稳定性好。以可靠性高、稳定性好。 （2 2） 数字滤波可以对频率很低数字滤波可以对频率很低( (如如0.01 Hz)0.01 Hz)的信号实现滤波，的信号实现滤波， 克服了模拟滤波器的缺陷。克服了模拟滤波器的缺陷。 （3 3） 数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数

42、，具有灵活、方便、法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。功能强的特点。 1. 1. 常用的数字滤波方法常用的数字滤波方法1 1） 算术平均值滤波法算术平均值滤波法 算术平均值滤波法是在采样点连续采样数次并相加，然算术平均值滤波法是在采样点连续采样数次并相加，然后取算术平均值作为本次采样后取算术平均值作为本次采样值的方法。这种方法可以减小值的方法。这种方法可以减小系统的随机干扰对采样结果的影响。系统的随机干扰对采样结果的影响。 采样次数取采样次数取35次即可。次即可。 2 2） 限幅滤波法限幅滤波法由于大的随机干扰或传感器的不稳定，使得采样数据偏离由于大的随机干扰或传感器的不稳定，使得采样

43、数据偏离实际值太远，为此采用上、实际值太远，为此采用上、下限限幅，即下限限幅，即 min minmaxminmaxmax)( )( )()( )(ynyyynyynyynyyny（3-20） 而且采用限速而且采用限速(亦称限制变化率亦称限制变化率)，即，即 00) 1()() 1() 1()()()(ynynynyynynynyny（3-21） 3 3） 中值滤波法中值滤波法中值滤波法的原理是对被测参数连续采样中值滤波法的原理是对被测参数连续采样m m（m m为大于为大于等于等于3 3的奇数）次，并按大小顺序排列，再取中间值作为本的奇数）次，并按大小顺序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据。

44、中值滤波法和平均值滤波法结合起来次采样的有效数据。中值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中值滤使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中值滤波法得到波法得到m m个滤波值，个滤波值， 再对这再对这m m个滤波值进个滤波值进行算术平均，得行算术平均，得到可用的被测参数。到可用的被测参数。 4 4） 惯性滤波法惯性滤波法惯性滤波法实际上是用软件方法代替硬件惯性滤波法实际上是用软件方法代替硬件RCRC滤波器，滤波器， 也也就是利用软件完成低通滤波器的算法。就是利用软件完成低通滤波器的算法。 以上讨论了四种数字滤波方法，在实际应用中，究竟选取以上讨论了四种数字

45、滤波方法，在实际应用中，究竟选取哪一种数字滤波方法，应视具体情况而定。一般来说，算术平哪一种数字滤波方法，应视具体情况而定。一般来说，算术平均值滤波法适用于周期性干扰；中值滤波法和限幅滤波法适用均值滤波法适用于周期性干扰；中值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰；惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号。于偶然的脉冲干扰；惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号。 针对不同的测量对象，有时还会同时采用几种滤波方法，比如针对不同的测量对象，有时还会同时采用几种滤波方法，比如先用中值滤波法或限幅滤波法，然后再用算术先用中值滤波法或限幅滤波法，然后再用算术平均值滤波法。平均值滤波法。 总之，应用恰当的数字

46、滤波方法，可以有效地滤除和减小各种总之，应用恰当的数字滤波方法，可以有效地滤除和减小各种干扰和噪声。干扰和噪声。 2. 2. 数字滤波器设计方法数字滤波器设计方法数字滤波器实际上是通过一定的计算机程序对采样数据进数字滤波器实际上是通过一定的计算机程序对采样数据进行处理，来实现上述滤波方法的。下面以汇编语言编写的行处理，来实现上述滤波方法的。下面以汇编语言编写的MCS-MCS-5151系列单片机中值数字滤波子程序为例，说明其设计方法。系列单片机中值数字滤波子程序为例，说明其设计方法。 中值数字滤波子程序的功能是对被测信号连续采样三次，中值数字滤波子程序的功能是对被测信号连续采样三次， 从中选择中

47、间值作为有效信号。将连续采样的三个数据分别存从中选择中间值作为有效信号。将连续采样的三个数据分别存入入R1R1、R2R2、R3R3寄存器，最后得到的结果存入寄存器，最后得到的结果存入R0R0寄存器。寄存器。程序清单如下：程序清单如下：ZZLB： PUSH PSW ；将；将PSW和累加器和累加器A进栈保护进栈保护PUSH ACCMOV A , R1 ；将第一次采样的数据放于；将第一次采样的数据放于ACLR CSUBB A ，R2JNC ZZLB1 ；第一次采样的数据大于第二次的，则转；第一次采样的数据大于第二次的，则转ZZLB1MOV A ，R1XCH A ，R2 ；将第一次和第二次采样的数据互

48、换；将第一次和第二次采样的数据互换MOV R1 ，A ZZLB1： MOV A ，R3CLR CSUBB A ，R1JNC ZZLB3 ；第三次采样的数据大于前二次的，则转；第三次采样的数据大于前二次的，则转ZZLB3 MOV A ，R3CLR CSUBB A , R2JNC ZZLB4MOV A , R2MOV R0 , AZZLB2： POP ACCPOP PSWRETZZLB3： MOV A ，R1MOV R0 ，AAJMP ZZLB2ZZLB4： MOV A ，R3MOV R0 ，AAJMP ZZLB2 3.8.2 3.8.2 指令冗余技术指令冗余技术当当CPUCPU受到干扰后，往往会

49、将一些操作数当作指令码来执受到干扰后，往往会将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。当程序行，引起程序混乱。当程序“跑飞跑飞”到某一单字节指令上时，到某一单字节指令上时， 便自动纳入正轨；当程序便自动纳入正轨；当程序“跑飞跑飞”到某一双字节指令上时，有到某一双字节指令上时，有可能落到其操作数上，可能落到其操作数上， 从而继续出错；当程序从而继续出错；当程序“跑飞跑飞”到三到三字节指令上时，因它有两个操作数，继续出错的机会就更大。字节指令上时，因它有两个操作数，继续出错的机会就更大。因此在程序设计中应多采用单字节指令，并在关键的地方人为因此在程序设计中应多采用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令（地插入一些单字节指令（NOPNOP）或将有效单字节指令重复书写，）或将有效单字节指令重复书写，这便是指令冗余。指令冗余无