微机测控技术ch72ppt课件

1、7.2 7.2 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术NUST自动化学院自动化学院硬件抗干扰的常用措施硬件抗干扰的常用措施 1 1、接地技术、接地技术 2 2、屏蔽技术、屏蔽技术 3 3、长线传输的干扰及抑制、长线传输的干扰及抑制 4 4、共模干扰的抑制、共模干扰的抑制 5 5、差模干扰的抑制、差模干扰的抑制 6 6、供电系统抗干扰、供电系统抗干扰 7 7、印刷电路板抗干扰、印刷电路板抗干扰NUST自动化学院自动化学院一、接地技术一、接地技术 1 1、接地的基本概念、接地的基本概念 2 2、接地环路与共模干扰、接地环路与共模干扰 3 3、系统接地设计、系统接地设计 NUST自动化学院自动化学院( (一一

2、) ) 接地的基本概念接地的基本概念地：地： 电路或系统中，为各信号提供参考电位的等电电路或系统中，为各信号提供参考电位的等电位点或等电位面。位点或等电位面。接地：接地： 将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电阻导体连接起来，构成基准电位。阻导体连接起来，构成基准电位。NUST自动化学院自动化学院1 1、测控系统中的地线种类、测控系统中的地线种类 1) 1) 信号地信号地 检测系统中，原始信号是用传感器从被测对象检测系统中，原始信号是用传感器从被测对象获取的，信号地指传感器本身的零电位基准线。获取的，信号地指传感器本身的零电位基准线。2) 2) 模拟地

3、模拟地 模拟信号的参考点，所有电路的模拟地最终都模拟信号的参考点，所有电路的模拟地最终都与供给模拟电路电流的直流电源的参考点连接。与供给模拟电路电流的直流电源的参考点连接。3) 3) 数字地数字地 数字信号的参考点，所有电路的数字地最终都数字信号的参考点，所有电路的数字地最终都与供给数字电路电流的直流电源的参考点相连。与供给数字电路电流的直流电源的参考点相连。 NUST自动化学院自动化学院4) 4) 负载地负载地 指大功率负载或感性负载的地线。指大功率负载或感性负载的地线。 当大功率负载被切换时，地电流中会出现很大当大功率负载被切换时，地电流中会出现很大的瞬态分量，对低电平的模拟电路乃至数字电

4、路都的瞬态分量，对低电平的模拟电路乃至数字电路都会产生严重干扰，这类负载的地线称为噪声地。会产生严重干扰，这类负载的地线称为噪声地。 NUST自动化学院自动化学院5) 5) 系统地系统地 为避免地线公共阻抗的耦合干扰，模拟地、数为避免地线公共阻抗的耦合干扰，模拟地、数字地、负载地应严格分开，最后汇合在一点，该点字地、负载地应严格分开，最后汇合在一点，该点称为系统地，为整个系统的统一参考电位。称为系统地，为整个系统的统一参考电位。 系统或设备的机壳上的某一点通常与系统地相系统或设备的机壳上的某一点通常与系统地相衔接，供给系统各个环节的直流稳压或非稳压电源衔接，供给系统各个环节的直流稳压或非稳压电

5、源的参考点也都在系统地上。的参考点也都在系统地上。NUST自动化学院自动化学院2 2、共地和浮地、共地和浮地 浮地系统：浮地系统： 1 1系统地与大地绝缘的系统。系统地与大地绝缘的系统。 2 2系统地不一定是零电位，仅为系统的等电系统地不一定是零电位，仅为系统的等电位点。位点。共地系统共地系统 1 1系统地与大地相连的系统。系统地与大地相连的系统。 2 2系统地与大地电位相同。系统地与大地电位相同。NUST自动化学院自动化学院绝对零电位：绝对零电位： 地球电位作为绝对基准电位也即绝对零电位。地球电位作为绝对基准电位也即绝对零电位。绝对零电位常用连接方法：绝对零电位常用连接方法： 地下埋设铜板或

6、插入金属棒等作为连接大地的地下埋设铜板或插入金属棒等作为连接大地的地线。地线。NUST自动化学院自动化学院常用系统的接地设计常用系统的接地设计共地系统：共地系统： 1 1采用共地系统，有利于信号线的屏蔽处理采用共地系统，有利于信号线的屏蔽处理( (抑制干扰抑制干扰) )； 2 2机壳接地可免除操作人员的触电危险；机壳接地可免除操作人员的触电危险；浮地系统：浮地系统： 优点：对地电阻较大，对地分布电容较小，外优点：对地电阻较大，对地分布电容较小，外部共模干扰引起的干扰电流较小。部共模干扰引起的干扰电流较小。NUST自动化学院自动化学院实现方式：实现方式： 1 1机壳与大地完全绝缘：机壳与大地完全

7、绝缘： 机壳较大时，机壳与大地间分布电容和有限的机壳较大时，机壳与大地间分布电容和有限的漏电阻使系统地与大地间的可靠绝缘非常困难。漏电阻使系统地与大地间的可靠绝缘非常困难。 2 2系统地不接机壳：系统地不接机壳： 后果：贴地布线的原则后果：贴地布线的原则( (系统内部的信号传输系统内部的信号传输线、电源线和地线应贴近接地的机柜排列，机柜可线、电源线和地线应贴近接地的机柜排列，机柜可起到屏蔽作用起到屏蔽作用) )难以实施。难以实施。NUST自动化学院自动化学院共地系统中有接地注意点共地系统中有接地注意点- -可靠接地可靠接地 1 1系统地不能连接到交流电源的零线上；系统地不能连接到交流电源的零线

8、上； 2 2系统地不能连到大功率设备安全地线上；系统地不能连到大功率设备安全地线上； 交流电源及大功率设备地与大地间存在着随机交流电源及大功率设备地与大地间存在着随机变化的电位差，幅值变化范围从几十变化的电位差，幅值变化范围从几十mVmV至几十至几十V V。 3 3共地系统必须另设接地线；共地系统必须另设接地线； 4 4为防止大功率交流电源地电流对系统地的干为防止大功率交流电源地电流对系统地的干扰，系统地的接地点和交流电源接地点间的最小距扰，系统地的接地点和交流电源接地点间的最小距离不应少于离不应少于800 m800 m，所用的接地棒按常规的接地工艺，所用的接地棒按常规的接地工艺深埋，且与电力

9、线垂直。深埋，且与电力线垂直。 NUST自动化学院自动化学院3 3、接地方式、接地方式 1) 1) 串联单点接地串联单点接地 2) 2) 并联单点接地并联单点接地 3) 3) 多点接地多点接地NUST自动化学院自动化学院串联单点接地串联单点接地 方式：两个或两个以上的电路共用一段地线方式：两个或两个以上的电路共用一段地线 1 1） R1 R1、R2R2和和R3R3是各地线等效电阻；是各地线等效电阻； 2 2I1I1、I2I2和和I3I3是电路是电路1 1、2 2和和3 3的入地电流。的入地电流。 3 3地电流在地线等效电阻上产生压降，三个电地电流在地线等效电阻上产生压降，三个电路与地线的连接点

10、的对地电位具有不同的数值：路与地线的连接点的对地电位具有不同的数值： VA = ( I1 + I2 + I3 )R1 VA = ( I1 + I2 + I3 )R1 VB = VA + ( I2 + I3 )R2 VB = VA + ( I2 + I3 )R2 VC = VB + I3R3 VC = VB + I3R3 NUST自动化学院自动化学院串联单点接地的特点串联单点接地的特点 1 1电路的地电位受其他电路地电流变化的调电路的地电位受其他电路地电流变化的调制，电路的输出信号受到干扰；制，电路的输出信号受到干扰； 2 2干扰由地线公共阻抗耦合作用产生的；干扰由地线公共阻抗耦合作用产生的；

11、3 3离接地点越远，电路中出现噪声干扰越大；离接地点越远，电路中出现噪声干扰越大； 4 4串联接地方式布线最简单，费用最省。串联接地方式布线最简单，费用最省。NUST自动化学院自动化学院串联单点接地方式的适用电路：串联单点接地方式的适用电路： 地电流较小且相差不太大的电路。地电流较小且相差不太大的电路。抗干扰措施：抗干扰措施： 为使干扰最小，把电平最低的电路安置在离接为使干扰最小，把电平最低的电路安置在离接地点地点( (系统地系统地) )最近的地方与地线相接。最近的地方与地线相接。NUST自动化学院自动化学院并联单点接地并联单点接地 各电路的地线只在一点各电路的地线只在一点( (系统地系统地)

12、 )集合，如图：集合，如图： NUST自动化学院自动化学院并联单点接地的特点并联单点接地的特点 1 1电路的对地电位只与本电路的地电流和地线电路的对地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，因而没有公共阻抗耦合噪声；阻抗有关，因而没有公共阻抗耦合噪声； 2 2地线太多，复杂的系统这一矛盾更突出；地线太多，复杂的系统这一矛盾更突出；NUST自动化学院自动化学院 3 3不能用于高频信号系统。不能用于高频信号系统。 a a、地线一般较长，高频情况下，地线的等效电、地线一般较长，高频情况下，地线的等效电感和各地线之间杂散电容耦合的影响不容忽视；感和各地线之间杂散电容耦合的影响不容忽视； b b、地线的长

13、度等于信号波长的奇数倍时，地线、地线的长度等于信号波长的奇数倍时，地线呈极高阻抗，变成一个发射天线，对邻近电路产生呈极高阻抗，变成一个发射天线，对邻近电路产生严重的辐射干扰；严重的辐射干扰； c c、应把地线长度控制在、应把地线长度控制在1/201/20信号波长之内。信号波长之内。NUST自动化学院自动化学院多点接地方式多点接地方式 1 1各电路或元件的地线以各电路或元件的地线以最短的距离就近连到地线汇流最短的距离就近连到地线汇流排排( (通常是金属底板通常是金属底板) )上；上； 2 2地线很短地线很短( (小于小于25 mm)25 mm)，底板表面镀银，所以阻抗都很小；底板表面镀银，所以阻

14、抗都很小； 3 3不能用在低频系统中。不能用在低频系统中。 各电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产生公各电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产生公共阻抗耦合噪声。共阻抗耦合噪声。NUST自动化学院自动化学院接地方式的选用接地方式的选用 1 1信号频率低于信号频率低于1MHz1MHz时，采用单点接地方式；时，采用单点接地方式； 2 2信号频率高于信号频率高于10MHz10MHz时，采用多点接地；时，采用多点接地； 3 3频率处于频率处于1-10MHz1-10MHz之间的系统；之间的系统； a a、采用单点接地方式：地线长度应小于信号波、采用单点接地方式：地线长度应小于信号波长的长的1 12020。

15、 b b、如不满足这一要求，应采用多点接地。、如不满足这一要求，应采用多点接地。NUST自动化学院自动化学院低频系统接地方式低频系统接地方式要求：要求： 1 1串联和并联相结合的单点接地方式；串联和并联相结合的单点接地方式； 2 2兼顾抑制公共阻抗耦合噪声；兼顾抑制公共阻抗耦合噪声； 3 3系统布线不过于复杂。系统布线不过于复杂。 方式：方式： 1 1系统所有地线根据电流变化性质分若干组；系统所有地线根据电流变化性质分若干组； 2 2性质相近的电路共用一根地线性质相近的电路共用一根地线( (串联接地串联接地) )； 3 3将各组地线汇集于系统地上将各组地线汇集于系统地上( (并联接地并联接地)

16、 )。 NUST自动化学院自动化学院( (二二) )、系统接地设计、系统接地设计基本要求：基本要求： 1 1消除电流经公共地线阻抗产生的噪声电压；消除电流经公共地线阻抗产生的噪声电压； 2 2避免形成接地环路，引进共模干扰；避免形成接地环路，引进共模干扰；电路中地线特点：电路中地线特点： 1 1系统中具有多种地线；系统中具有多种地线； 2 2各环节与系统中一种或几种地线发生联系。各环节与系统中一种或几种地线发生联系。NUST自动化学院自动化学院地线处理的基本原则地线处理的基本原则 1 1尽量避免或减少由接地所引起的各种干扰，尽量避免或减少由接地所引起的各种干扰， 2 2便于布线；便于布线； 3

17、 3节省成本。节省成本。NUST自动化学院自动化学院系统接地设计的主内容系统接地设计的主内容 1 1输入信号传输线屏蔽接地点的选择输入信号传输线屏蔽接地点的选择 2 2电源变压器静电屏蔽层的接地电源变压器静电屏蔽层的接地 3 3直流电源接地点的选择直流电源接地点的选择 4 4印刷电路板的地线布局印刷电路板的地线布局 5 5机柜地线的布局机柜地线的布局 NUST自动化学院自动化学院1 1、直流电源接地点的选择、直流电源接地点的选择系统电源的特点：系统电源的特点： 1 1具有多种直流电源，有供给模拟电路工作用具有多种直流电源，有供给模拟电路工作用的和供给数字电路工作用的电源，都是稳压电源；的和供给

18、数字电路工作用的电源，都是稳压电源； 2 2可能存在非稳压直流电源，供显示、控制等可能存在非稳压直流电源，供显示、控制等用；用； 3 3不同性质的电源地线不能任意互连，应分别不同性质的电源地线不能任意互连，应分别汇集于一点，再与系统地相接。汇集于一点，再与系统地相接。 NUST自动化学院自动化学院2 2、印刷电路板的地线布局、印刷电路板的地线布局 常用印刷电路板的特点：常用印刷电路板的特点： 1 1包含模拟电源和数字电源，即包含模拟地、包含模拟电源和数字电源，即包含模拟地、数字地；数字地； 2 2一般的，一个系统中不可能为单一地信号。一般的，一个系统中不可能为单一地信号。 NUST自动化学院自

19、动化学院地线处理原则地线处理原则1 1模拟地和数字地分别设置；模拟地和数字地分别设置； 通过不同的引脚各元器件的模拟地和数字地分通过不同的引脚各元器件的模拟地和数字地分别连到电路板上的模拟地线和数字地线。别连到电路板上的模拟地线和数字地线。2 2减小地线电阻；减小地线电阻； 选用较宽的地线支线宽度通常不小于选用较宽的地线支线宽度通常不小于2-3mm2-3mm，干线宽度不小于干线宽度不小于8-10 mm)8-10 mm)； 不能随意增大地线面积，避免增大电路和地线不能随意增大地线面积，避免增大电路和地线之间的寄生电容。之间的寄生电容。NUST自动化学院自动化学院3 3采用地线隔离信号之间的耦合；

20、采用地线隔离信号之间的耦合； a a、模拟地线可隔离输入模拟信号间及输出和输、模拟地线可隔离输入模拟信号间及输出和输入信号间的耦合；入信号间的耦合； b b、在需要隔离的两信号线之间增设模拟地线；、在需要隔离的两信号线之间增设模拟地线； c c、数字信号可用数字地线进行隔离。、数字信号可用数字地线进行隔离。NUST自动化学院自动化学院二、屏蔽技术二、屏蔽技术屏蔽前提：屏蔽前提： 1 1仪表或系统的工作现场存在强电设备；仪表或系统的工作现场存在强电设备； 2 2强电设备的磁力线或电力线干扰仪表或系统强电设备的磁力线或电力线干扰仪表或系统的正常工作。的正常工作。屏蔽措施：屏蔽措施： 采用低电阻的导

21、电材料或高导磁率的铁磁材料采用低电阻的导电材料或高导磁率的铁磁材料制成容器，对易受干扰的部分实行屏蔽，阻断或抑制成容器，对易受干扰的部分实行屏蔽，阻断或抑制各种场干扰。制各种场干扰。 NUST自动化学院自动化学院( (一一) )、屏蔽的类型和原理、屏蔽的类型和原理屏蔽的类型：屏蔽的类型： 1 1静电屏蔽静电屏蔽 2 2电磁屏蔽电磁屏蔽 3 3磁屏蔽磁屏蔽NUST自动化学院自动化学院1 1、静电屏蔽、静电屏蔽静电屏蔽的原理：静电屏蔽的原理： 1 1静电场作用下，如果空心导体腔内没有净电静电场作用下，如果空心导体腔内没有净电荷，导体内和空腔内任何一点处的场强都等于零，荷，导体内和空腔内任何一点处的

22、场强都等于零，剩余电荷只能分布在外表面。剩余电荷只能分布在外表面。 2 2把某一物体放入空心导体的空腔内，该物体把某一物体放入空心导体的空腔内，该物体就不受任何外电场的影响。就不受任何外电场的影响。NUST自动化学院自动化学院静电屏蔽作用静电屏蔽作用 1 1在空心导体在空心导体( (金属盒金属盒)B)B的的空腔内放有一个带电体空腔内放有一个带电体A A： 2 2由于静电感应，金属盒由于静电感应，金属盒B B的内外表面分别出现等量异号的的内外表面分别出现等量异号的感应电荷；感应电荷； 3 3B B外表面电荷产生的电场对外界产生影响：外表面电荷产生的电场对外界产生影响：NUST自动化学院自动化学院

23、 4 4将金属盒将金属盒B B接地，则外表面的感应电荷将因接地，则外表面的感应电荷将因接地而消失，相应的电场也随之消失；接地而消失，相应的电场也随之消失； 5 5可消除金属盒内带电体对盒外的影响。可消除金属盒内带电体对盒外的影响。NUST自动化学院自动化学院静电屏蔽的效果及措施静电屏蔽的效果及措施静电屏蔽的效果：静电屏蔽的效果： 1 1用金属屏蔽盒罩住被干扰的电路，且将金属用金属屏蔽盒罩住被干扰的电路，且将金属盒接地，可消除外部的静电干扰；盒接地，可消除外部的静电干扰； 2 2用金属盒罩住干扰源，且将金属盒接地，那么用金属盒罩住干扰源，且将金属盒接地，那么可抑制干扰源对外部的干扰。可抑制干扰源

24、对外部的干扰。NUST自动化学院自动化学院静电屏蔽的措施：静电屏蔽的措施： 1 1为达到较好的静电屏蔽效果，选用低电阻材为达到较好的静电屏蔽效果，选用低电阻材料作屏蔽盒，以铜或铝为佳；料作屏蔽盒，以铜或铝为佳； 2 2屏蔽盒应有良好的接地；屏蔽盒应有良好的接地； 3 3伸出屏蔽盒以外的导线越短越好。伸出屏蔽盒以外的导线越短越好。 NUST自动化学院自动化学院2 2、电磁屏蔽、电磁屏蔽 电磁屏蔽的目的：抑制高频电磁场的干扰。电磁屏蔽的目的：抑制高频电磁场的干扰。 电磁干扰的产生：电磁干扰的产生： 导体上通过高频变化电流时，周围空间产生相导体上通过高频变化电流时，周围空间产生相应变化的电磁场，变化

25、的电磁场可在邻近的电路引应变化的电磁场，变化的电磁场可在邻近的电路引起电磁感应，又向外辐射，干扰周围电路。起电磁感应，又向外辐射，干扰周围电路。 电磁干扰的特点：电磁干扰的特点： 1 1电磁场变化的频率越高，辐射越强；电磁场变化的频率越高，辐射越强； 2 2电磁场屏蔽中，包括电磁感应的屏蔽，及辐电磁场屏蔽中，包括电磁感应的屏蔽，及辐射干扰的屏蔽。射干扰的屏蔽。 NUST自动化学院自动化学院电磁干扰的消除电磁干扰的消除措施：措施： 1 1环绕导体加一个与导体中电流方向相反的变环绕导体加一个与导体中电流方向相反的变化电流，该电流产生的磁场与导体中电流产生的磁化电流，该电流产生的磁场与导体中电流产生

26、的磁场方向相反，产生抵消作用，减弱对外界的干扰；场方向相反，产生抵消作用，减弱对外界的干扰； 2 2反方向的电流由导体的接地屏蔽罩来产生；反方向的电流由导体的接地屏蔽罩来产生； 3 3高频电磁场在导电性能良好的金属导体内产高频电磁场在导电性能良好的金属导体内产生涡流，涡流的磁场与原磁场方向相反，抵消高频生涡流，涡流的磁场与原磁场方向相反，抵消高频干扰磁场，达到电磁屏蔽的目的。干扰磁场，达到电磁屏蔽的目的。 4 4因为屏蔽罩接地，所以也可实现电场屏蔽。因为屏蔽罩接地，所以也可实现电场屏蔽。NUST自动化学院自动化学院电磁屏蔽的效果电磁屏蔽的效果 1 1屏蔽罩的厚度对屏蔽效果影响不大；屏蔽罩的厚度

27、对屏蔽效果影响不大； 2 2屏蔽罩是否连续及网孔大小，直接影响到涡屏蔽罩是否连续及网孔大小，直接影响到涡流的大小，影响屏蔽的效果；流的大小，影响屏蔽的效果； 3 3屏蔽越严密，屏蔽效果越好；屏蔽越严密，屏蔽效果越好； 4 4电磁屏蔽的材料应选用低内阻的金属材料，电磁屏蔽的材料应选用低内阻的金属材料，例如铜、铝或镀银铜板等。例如铜、铝或镀银铜板等。NUST自动化学院自动化学院3 3、磁屏蔽、磁屏蔽磁屏蔽的适用范围：磁屏蔽的适用范围： 防止低频磁场干扰。防止低频磁场干扰。( (电磁屏蔽不适用在低频磁电磁屏蔽不适用在低频磁场干扰场合场干扰场合) ) 屏蔽的方式：屏蔽的方式： 利用高导磁材料制成屏蔽罩

28、，使低频磁场干扰利用高导磁材料制成屏蔽罩，使低频磁场干扰的磁力线大部分在屏蔽罩内构成回路，泄漏到屏蔽的磁力线大部分在屏蔽罩内构成回路，泄漏到屏蔽罩外干扰磁通很少，达到抑制低频磁场干扰目的。罩外干扰磁通很少，达到抑制低频磁场干扰目的。 NUST自动化学院自动化学院三、长线传输的干扰及抑制三、长线传输的干扰及抑制长线传输干扰的产生：长线传输干扰的产生： 测控系统中，当被测对象与测控系统相距较远测控系统中，当被测对象与测控系统相距较远时几十米或更长），产生较大的干扰。时几十米或更长），产生较大的干扰。长线干扰的主要类型：长线干扰的主要类型： 1 1长线感应干扰长线感应干扰 2 2反射干扰反射干扰 N

29、UST自动化学院自动化学院( (一一) ) 长线感应干扰及抑制长线感应干扰及抑制长线感应干扰的产生：长线感应干扰的产生： 干扰源通过电磁或静电耦合在传感器信号线上干扰源通过电磁或静电耦合在传感器信号线上产生干扰信号。产生干扰信号。NUST自动化学院自动化学院长线感应干扰的特点长线感应干扰的特点 1 1传感器信号线过长，干扰源在信号线上产生传感器信号线过长，干扰源在信号线上产生的感应电压较大；的感应电压较大； 2 2输电线与信号线平行敷设时，信号线上的电输电线与信号线平行敷设时，信号线上的电磁感应电压和静电感应电压分别可达磁感应电压和静电感应电压分别可达mVmV级级( (传感器的传感器的有效信号

30、电压一般为几十有效信号电压一般为几十mVmV甚至小于干扰电压甚至小于干扰电压) )； 3 3信号地与系统地间的电位差信号地与系统地间的电位差( (地电压地电压Um)Um)可达可达几几V V至十几至十几V V甚至更大。甚至更大。NUST自动化学院自动化学院 单线传输特点单线传输特点 1 1感应干扰电压感应干扰电压UnUn和地和地电压电压UmUm与被测信号与被测信号UsUs串联，形串联，形成差模干扰电压：成差模干扰电压： rs rs、rmrm、r r、R R为信号源内阻、两地间地电阻、为信号源内阻、两地间地电阻、传输线电阻和系统输入电阻，传输线电阻和系统输入电阻，rm r rs Rrm r rs

31、R： UNnUn UNnUn，UNmUmUNmUm 2 2地电压和感应干扰电压无抑制成为对干扰电地电压和感应干扰电压无抑制成为对干扰电压，使信号电压被干扰电压淹没。压，使信号电压被干扰电压淹没。RrrrRUUmsnNnRrrrRUUmsmNmNUST自动化学院自动化学院 双线传输抑制方式双线传输抑制方式增设一条同样长度的传输线。增设一条同样长度的传输线。 1 1两传输线上的感应干扰两传输线上的感应干扰电压相等即电压相等即Un1Un1Un2Un2UnUn； 2 2rm r rs R rm r rs R ，感应干扰电压，感应干扰电压UnUn和地电压和地电压UmUm形成的差模干扰电压分别为：形成的差

32、模干扰电压分别为：0)1 ()1 (RrrrRrrRRrrrRRrrUUsmmmsmnNnmsmNmURrrRrRRUU)(NUST自动化学院自动化学院平衡传输的特点平衡传输的特点 1 1双线传输；双线传输； 2 2两传输线处于完全相同的条件；两传输线处于完全相同的条件； 3 3产生的感应干扰电压完全相同；产生的感应干扰电压完全相同； 4 4两传输线内阻、对地分布电容、漏电阻相同两传输线内阻、对地分布电容、漏电阻相同 5 5差模干扰变成纯共模电压。差模干扰变成纯共模电压。NUST自动化学院自动化学院平衡传输的实现特点：平衡传输的实现特点： 1 1采用双绞线；采用双绞线； 2 2双绞线的双线绞合

33、较紧，各方面处于基本相双绞线的双线绞合较紧，各方面处于基本相同的条件，平衡特性好；同的条件，平衡特性好； 3 3双绞线对电感耦合噪声有很好的抑制作用。双绞线对电感耦合噪声有很好的抑制作用。 NUST自动化学院自动化学院双线传输的适用特点双线传输的适用特点 传输信号的形式不同，抗干扰效果不一样。传输信号的形式不同，抗干扰效果不一样。 1 1数字信号抗干扰能力优于模拟信号，数字信数字信号抗干扰能力优于模拟信号，数字信号传输优于模拟信号传输；号传输优于模拟信号传输； 2 2频率信号是准数字信号，适于应用双绞线远频率信号是准数字信号，适于应用双绞线远距离传输；距离传输； 3 3电流传输代替电压传输，可

34、获得较好的抗干电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干扰能力。扰能力。NUST自动化学院自动化学院电流传输的特点：电流传输的特点： 1) 1)不受传输线压降、接触电阻、寄生热电偶和不受传输线压降、接触电阻、寄生热电偶和接触电势的影响；接触电势的影响； 2) 2)不受各种电压性噪声的干扰。不受各种电压性噪声的干扰。 例：过程控制中，采用电压例：过程控制中，采用电压/ /电流转换器产生电流转换器产生4-20mA4-20mA的电流信号，在接收端用一个精密电阻或电的电流信号，在接收端用一个精密电阻或电流流/ /电压转换器转换成电压信号。电压转换器转换成电压信号。NUST自动化学院自动化学院四、共模干扰的

35、抑制四、共模干扰的抑制 途径：途径： 1 1减少共模电压减少共模电压UcmUcm； 2 2减少共模增益减少共模增益KCKC或提高共模抑制比或提高共模抑制比CMRRCMRR。主要方法：主要方法： 1 1、接地及屏蔽、接地及屏蔽( (减少共模电压减少共模电压) ) 2 2、隔离技术、隔离技术 3 3、浮地技术、浮地技术 4 4、浮动电容切换、浮动电容切换NUST自动化学院自动化学院( (一一) ) 隔离技术隔离技术隔离目的：隔离目的： 1 1把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场间仅保持信号联系，无电气联系；控装置与现场间仅保持信号联系，无电气联系

36、； 2 2实质是把引进的干扰通道切断，达到隔离现实质是把引进的干扰通道切断，达到隔离现场干扰的目的；场干扰的目的； 3 3工业测控系统中，既包括弱电控制，又包括工业测控系统中，既包括弱电控制，又包括强电控制。为使两者间既保持控制信号联系，又要强电控制。为使两者间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方面的联系，既实行弱电和强电隔离。隔绝电气方面的联系，既实行弱电和强电隔离。 NUST自动化学院自动化学院常用的隔离方法常用的隔离方法 1 1变压器隔离变压器隔离 2 2纵向扼流圈隔离纵向扼流圈隔离 3 3光电隔离光电隔离 4 4继电器隔离继电器隔离NUST自动化学院自动化学院1 1、变压器隔离、变压器隔

37、离 电路如图：电路如图： 隔离特点：隔离特点： 1 1变压器次级输出电压只与初级绕组两输入端变压器次级输出电压只与初级绕组两输入端电位差成正比，对差模信号畅通，隔断共模信号；电位差成正比，对差模信号畅通，隔断共模信号； 2 2变压器隔离适用变压器隔离适用50Hz50Hz以上的信号，低频特别以上的信号，低频特别是超低频时非常不合适。是超低频时非常不合适。 NUST自动化学院自动化学院 3 3传输低频信号时，要有很大电感和体积，初传输低频信号时，要有很大电感和体积，初次级间圈数很多，产生较大的寄生电容，共模信号次级间圈数很多，产生较大的寄生电容，共模信号通过变压器初次间的寄生电容在负载上形成干扰；

38、通过变压器初次间的寄生电容在负载上形成干扰； 4 4初次级绕组间要设置静电屏蔽层且接地，可初次级绕组间要设置静电屏蔽层且接地，可减少初次级寄生电容，达到抑制高频干扰的目的；减少初次级寄生电容，达到抑制高频干扰的目的；NUST自动化学院自动化学院 变压器隔离的适用场合变压器隔离的适用场合 1 1信号频率很低；信号频率很低； 2 2共模电压很高；共模电压很高； 3 3共模漏电流要求很小。共模漏电流要求很小。NUST自动化学院自动化学院2 2、光电耦合隔离、光电耦合隔离 1 1光电耦合器内电光电耦合器内电- -光光- -电转换在完全密封条件电转换在完全密封条件下进行，不受外界光的影响；下进行，不受外

39、界光的影响； 2 2信号传递由光传递，两个电路间没有电气连信号传递由光传递，两个电路间没有电气连接，故两电路间地电位差就再不会形成干扰。接，故两电路间地电位差就再不会形成干扰。 3 3输入阻抗很低输入阻抗很低(100-1000(100-1000欧欧) )，而干扰源的内，而干扰源的内阻很高，通常为阻很高，通常为105-106105-106欧。由分压原理，能馈送到欧。由分压原理，能馈送到光电耦合器输入端的噪声很小；光电耦合器输入端的噪声很小；NUST自动化学院自动化学院 4 4干扰电压较大时，由于能量很小，只形成微干扰电压较大时，由于能量很小，只形成微弱电流。发光二极管只有通过一定强度电流才能发弱

40、电流。发光二极管只有通过一定强度电流才能发光，光电晶体管也只在一定光强下才能工作，电压光，光电晶体管也只在一定光强下才能工作，电压幅值很高的干扰，没有足够能量而不能使二极管发幅值很高的干扰，没有足够能量而不能使二极管发光，从而被抑制；光，从而被抑制； 5 5输入端与输出端间的寄生电容极小，绝缘电输入端与输出端间的寄生电容极小，绝缘电阻很大，光耦合器一边的各种干扰噪声很难通过光阻很大，光耦合器一边的各种干扰噪声很难通过光耦合器馈送到另一边；耦合器馈送到另一边； 6 6线性范围较小，主要用于传送数字信号。线性范围较小，主要用于传送数字信号。NUST自动化学院自动化学院 光耦电路的接线光耦电路的接线

41、 1 1RiRi为限流电阻，为限流电阻，D D为反为反向保护二极管；向保护二极管； 2 2ViVi值与值与TTLTTL逻辑电平并逻辑电平并不要求一致，经不要求一致，经RiRi限流后符合限流后符合发光二极管要求即可。发光二极管要求即可。RLRL是光敏三极管负载电阻；是光敏三极管负载电阻； 3 3光敏三极管导通，光敏三极管导通，V0V0为低电平，反之高电平为低电平，反之高电平 4 4电路中参数的选择；电路中参数的选择； 5 5光耦输入和输出部分必须分别采用独立的电光耦输入和输出部分必须分别采用独立的电源，如果两端共用一个电源，则没有隔离作用。源，如果两端共用一个电源，则没有隔离作用。 NUST自动

42、化学院自动化学院3 3、继电器隔离、继电器隔离继电器隔离的特点：继电器隔离的特点： 1 1继电器的线圈和触点继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系；之间没有电气上的联系； 2 2利用继电器的线圈接利用继电器的线圈接收电气信号，利用触点发送收电气信号，利用触点发送和输出信号，从而避免强电和输出信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，和弱电信号之间的直接接触，实现抗干扰隔离。实现抗干扰隔离。NUST自动化学院自动化学院五、差模干扰的抑制五、差模干扰的抑制差模噪声的干扰形式：差模噪声的干扰形式： 与被测信号叠加在一起，表现为：电压的串联与被测信号叠加在一起，表现为：电压的串联或电流的并联。或电流

43、的并联。差模噪声的来源：差模噪声的来源： 1 1信号源产生；信号源产生； 2 2引线感应耦合。引线感应耦合。NUST自动化学院自动化学院差模干扰的抑制：差模干扰的抑制： 1 1从噪声源采取措施：切断噪声耦合途径从噪声源采取措施：切断噪声耦合途径( (将将引线屏蔽等引线屏蔽等) )； 2 2利用干扰与信号的差别来把干扰消除掉或利用干扰与信号的差别来把干扰消除掉或减到最小。减到最小。NUST自动化学院自动化学院差模干扰常用抑制方法差模干扰常用抑制方法 1 1、频率滤波法、频率滤波法 2 2、积分法、积分法 3 3、电平鉴别法、电平鉴别法 4 4、脉宽鉴别法、脉宽鉴别法NUST自动化学院自动化学院(

44、 (一一) ) 频率滤波法频率滤波法 原理：原理： 利用差模干扰与信号频率差异进行频率滤波。利用差模干扰与信号频率差异进行频率滤波。 具体实现：具体实现： 1 1、高通滤波器滤除比信号频率低的差模干扰；、高通滤波器滤除比信号频率低的差模干扰； 2 2、低通滤波器滤除比信号频率高的差模干扰；、低通滤波器滤除比信号频率高的差模干扰； 3 3、50 Hz50 Hz陷波器滤除工频干扰。陷波器滤除工频干扰。NUST自动化学院自动化学院( (二二) ) 积分法积分法适用范围：适用范围： 双积分式双积分式A/DA/D可有效削弱周期性差模干扰。可有效削弱周期性差模干扰。双积分式双积分式A/DA/D的特点：的特

45、点： 1 1对被测电压定时积分；对被测电压定时积分； 2 2对基准电压定压积分，至输出为对基准电压定压积分，至输出为0 0。抗干扰特点：抗干扰特点： 1 1选定时积分时间为干扰噪声周期的整数倍；选定时积分时间为干扰噪声周期的整数倍； 2 2抑制工频干扰时，双积分抑制工频干扰时，双积分A/DA/D定时积分时间定时积分时间 T Tk k 20 ms 20 ms NUST自动化学院自动化学院( (三三) ) 电平鉴别法电平鉴别法电平鉴别的前提：电平鉴别的前提： 1 1信号和噪声在幅值上有较大的差别；信号和噪声在幅值上有较大的差别； 2 2信号幅值较大，噪声幅值较小。信号幅值较大，噪声幅值较小。NUS

46、T自动化学院自动化学院采用脉冲隔离门抑制干扰采用脉冲隔离门抑制干扰原理：原理： 1 1利用硅二极管的正向压降对幅值小的干扰利用硅二极管的正向压降对幅值小的干扰脉冲加以阻挡；脉冲加以阻挡； 2 2让幅值大的信号脉冲顺利通过。让幅值大的信号脉冲顺利通过。 如图：如图： 注：注： 电路中的二极管最好选用开关管。电路中的二极管最好选用开关管。NUST自动化学院自动化学院六、供电系统抗干扰六、供电系统抗干扰 1 1、供电系统中窜入的干扰来源、供电系统中窜入的干扰来源 2 2、供电系统抗干扰措施、供电系统抗干扰措施NUST自动化学院自动化学院( (一一) )、供电系统窜入的干扰、供电系统窜入的干扰供电系统

47、窜入的干扰类型：供电系统窜入的干扰类型： 1 1、大功率感性负载切换时，电网中产生强大的、大功率感性负载切换时，电网中产生强大的反电动势，该瞬态高压反电动势，该瞬态高压( (幅值达幅值达2kV2kV，频率从几百，频率从几百HzHz到到2MHz)2MHz)可引起电源波形的严重畸变；可引起电源波形的严重畸变； 电网中瞬态高压对系统产生干扰的主要途径：电网中瞬态高压对系统产生干扰的主要途径： 由电源进线，经由电源变压器的初次级绕组间的由电源进线，经由电源变压器的初次级绕组间的杂散电容进入系统电路，再从系统接地点入地返回杂散电容进入系统电路，再从系统接地点入地返回干扰源。干扰源。NUST自动化学院自动

48、化学院 2 2、整流方式供电时，滤波不良会产生低频纹波、整流方式供电时，滤波不良会产生低频纹波干扰噪声；干扰噪声； 3 3、直流、直流/ /直流变换器或开关稳压电源供电时时，直流变换器或开关稳压电源供电时时，出现高频开关噪声干扰；出现高频开关噪声干扰； 4 4、电源进线和输出线易受工业现场及天电的各、电源进线和输出线易受工业现场及天电的各种干扰噪声。这些干扰噪声经电源线传导耦合到电种干扰噪声。这些干扰噪声经电源线传导耦合到电路中去，对系统产生干扰。路中去，对系统产生干扰。 NUST自动化学院自动化学院( (二二) )、供电系统抗干扰措施、供电系统抗干扰措施 1 1电源滤波和退耦；电源滤波和退耦

49、； 2 2不间断电源和开关式直流稳压电源供电；不间断电源和开关式直流稳压电源供电； 3 3系统分别供电和采用电源模块单独供电；系统分别供电和采用电源模块单独供电； 4 4供电系统馈线要合理布置。供电系统馈线要合理布置。NUST自动化学院自动化学院1 1、电源滤波和退耦电路、电源滤波和退耦电路NUST自动化学院自动化学院电路特点：电路特点： 1 1交流进线端接对称交流进线端接对称LCLC低通滤波器，滤除交流低通滤波器，滤除交流进线上大于进线上大于50Hz50Hz的高次谐波干扰，改善电源波形；的高次谐波干扰，改善电源波形； 2 2变阻二极管变阻二极管( (或压敏电阻或压敏电阻) )抑制进入交流电源

50、抑制进入交流电源线上的瞬时干扰线上的瞬时干扰( (或者大幅值的尖脉冲干扰或者大幅值的尖脉冲干扰) )； 3 3电源变压器采用双重屏蔽措施，将初次级隔电源变压器采用双重屏蔽措施，将初次级隔离起来，使混入初级的噪声干扰不致进入次级；离起来，使混入初级的噪声干扰不致进入次级； 4 4整流滤波电路采用电解电容和无感高频电容整流滤波电路采用电解电容和无感高频电容的并联组合，进一步减小高频噪声进入电源系统。的并联组合，进一步减小高频噪声进入电源系统。NUST自动化学院自动化学院 5 5整流滤波后的直流电压再经稳压，可使干扰整流滤波后的直流电压再经稳压，可使干扰被抑制到最小；被抑制到最小； 6 6部分电源系

51、统在交流进线端设交流稳压器，部分电源系统在交流进线端设交流稳压器，保证交流供电的稳定性，抑制电网电压的波动；保证交流供电的稳定性，抑制电网电压的波动； 7 7为避免通过电源内阻造成几个电路间互相干为避免通过电源内阻造成几个电路间互相干扰，在每个电路的直流电源进线与地之间接入了扰，在每个电路的直流电源进线与地之间接入了RCRC或或LCLC的退耦滤波电路。的退耦滤波电路。NUST自动化学院自动化学院2 2、采用不间断电源和开关式直流稳压电源、采用不间断电源和开关式直流稳压电源UPSUPS的特点：的特点： 1 1有很强的抗电网干扰的能力；有很强的抗电网干扰的能力； 2 2电网断电后，电网断电后，UP

52、SUPS以极短的时间以极短的时间(3 ms)(3 ms)切换切换到后备电源；到后备电源； 3 3后备电源能维持后备电源能维持10 min10 min以上以上( (满载满载) )或或30 min30 min以上以上( (半载半载) )的供电时间，以便及时处理电源故障或的供电时间，以便及时处理电源故障或采取应急措施。采取应急措施。NUST自动化学院自动化学院开关式稳压电源的特点：开关式稳压电源的特点： 1 1开关频率可达开关频率可达10-20 kHz10-20 kHz或更高，因而变压或更高，因而变压器等都可小型化；器等都可小型化； 2 2高频开关晶体管工作在饱和截止状态，效率高频开关晶体管工作在饱

53、和截止状态，效率可达可达6060-70-70； 3 3抗干扰能力强。抗干扰能力强。NUST自动化学院自动化学院3 3、系统分别供电和采用电源模块单独供电、系统分别供电和采用电源模块单独供电 1 1系统使用继电器等电感设备时，向采集电路系统使用继电器等电感设备时，向采集电路供电的线路应与向继电器等供电的线路分开，防止供电的线路应与向继电器等供电的线路分开，防止在供电线路之间出现相互干扰；在供电线路之间出现相互干扰； 2 2设计供电线路时，注意对变压器和低通滤波设计供电线路时，注意对变压器和低通滤波器进行屏蔽，以抑制静电干扰。器进行屏蔽，以抑制静电干扰。NUST自动化学院自动化学院电源模块单独供电

54、电源模块单独供电供电方式：供电方式： 1 1采用采用DC-DCDC-DC电源电路模块电源电路模块(DC-DC(DC-DC电源电路由电源电路由电源模块及相关滤波元件组成电源模块及相关滤波元件组成) )；DC-DCDC-DC电源电路由电源电路由电源模块及相关滤波元件组成。电源模块及相关滤波元件组成。 2 2采用三端稳压集成块如采用三端稳压集成块如78057805、79057905、78127812、79127912等组成的稳压电源单独供电。等组成的稳压电源单独供电。NUST自动化学院自动化学院单独供电的优点单独供电的优点 1 1各电源模块单独对相应电路进行电压过载保各电源模块单独对相应电路进行电压

55、过载保护，不会因某个稳压器的故障而使全系统瘫痪；护，不会因某个稳压器的故障而使全系统瘫痪； 2 2有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源的相互耦合，提高供电系统的可靠性，有利于电源的相互耦合，提高供电系统的可靠性，有利于电源的散热；的散热； 3 3总线上电压的变化，不会影响板卡上电压，总线上电压的变化，不会影响板卡上电压，有利于提高板卡上的工作可靠性。有利于提高板卡上的工作可靠性。 NUST自动化学院自动化学院4 4、供电系统要合理布线、供电系统要合理布线 布线时，电源的引入线、输出线及公共线采取布线时，电源的引入线、输出线及公共线采取的抗干扰措施：的抗干

56、扰措施： 1 1） 电源前面的一段布线电源前面的一段布线 从电源引入口，经开关器件至滤波器的布线尽从电源引入口，经开关器件至滤波器的布线尽量用粗导线。量用粗导线。NUST自动化学院自动化学院 2 2电源后面的一段布线电源后面的一段布线 采用双绞线，双绞线的绞距要小。如导线较采用双绞线，双绞线的绞距要小。如导线较粗，无法扭绞时，应把线间的距离缩到最短；粗，无法扭绞时，应把线间的距离缩到最短； 交流线、直流稳压电源线、逻辑信号线和模交流线、直流稳压电源线、逻辑信号线和模拟信号线、继电器等感性负载驱动线、非稳压的直拟信号线、继电器等感性负载驱动线、非稳压的直流线均应分开布线。流线均应分开布线。NUS

57、T自动化学院自动化学院 3 3） 电路的公共线电路的公共线 电路中尽量避免公共线，在公共线上，某一电路中尽量避免公共线，在公共线上，某一负载的变化引起的压降，都会影响其它负载；负载的变化引起的压降，都会影响其它负载； 公共线不能避免时，必须把公共线加粗，以公共线不能避免时，必须把公共线加粗，以降低阻抗。降低阻抗。 NUST自动化学院自动化学院七、印刷电路板抗干扰七、印刷电路板抗干扰印刷电路板的特点：印刷电路板的特点： 1 1器件、信号线、电源线的高度集合体；器件、信号线、电源线的高度集合体； 2 2印刷电路板设计的好坏，对抗干扰能力影响印刷电路板设计的好坏，对抗干扰能力影响很大；很大； 3 3

58、必须符合抗干扰的设计原则。必须符合抗干扰的设计原则。NUST自动化学院自动化学院印刷电路板常用抗干扰措施印刷电路板常用抗干扰措施 1 1、合理布置印制电路板上的器件、合理布置印制电路板上的器件 2 2、合理分配印刷电路板插脚、合理分配印刷电路板插脚 3 3、印刷电路板合理布线、印刷电路板合理布线 4 4、电源线的布置、电源线的布置 5 5、印刷电路板的接地线设计、印刷电路板的接地线设计 6 6、印刷电路板的屏蔽、印刷电路板的屏蔽 7 7、去耦电容器的配置、去耦电容器的配置 NUST自动化学院自动化学院1 1、合理布置印制电路板上的器件、合理布置印制电路板上的器件 基本原则：基本原则： 1 1器

59、件间电气干扰小器件间电气干扰小 2 2易于散热易于散热NUST自动化学院自动化学院减小电气干扰的方法减小电气干扰的方法 1 1将器件按功率大小及抗干扰能力的强弱分类将器件按功率大小及抗干扰能力的强弱分类集中布置；集中布置； 2 2大功率强电器件作为一类集中布置大功率强电器件作为一类集中布置( (电源变电源变压器和输出驱动器件等压器和输出驱动器件等) )； 3 3数字逻辑器件作为一类集中布置；数字逻辑器件作为一类集中布置；NUST自动化学院自动化学院 4 4易受干扰的模拟器件作为一类集中布置；易受干扰的模拟器件作为一类集中布置； 5 5各类器件之间应尽量远离，防止相互干扰；各类器件之间应尽量远离

60、，防止相互干扰； 6 6每一类器件又可按照减小电气干扰原则再进每一类器件又可按照减小电气干扰原则再进一步分类布置。一步分类布置。NUST自动化学院自动化学院散热的措施散热的措施 缘由：使电路稳定可靠地工作；缘由：使电路稳定可靠地工作； 方法：方法： 1 1发热元器件要考虑通风散热，必要时要安装发热元器件要考虑通风散热，必要时要安装散热器；散热器； 2 2发热元器件要分散布置，不能集中；发热元器件要分散布置，不能集中； 3 3对热敏感元器件要远离发热元器件或进行热对热敏感元器件要远离发热元器件或进行热屏蔽；屏蔽；NUST自动化学院自动化学院2 2、合理分配印刷电路板插脚、合理分配印刷电路板插脚