第六章 抗干扰技术

第六章系统抗干扰技术

16.1概述

6.1.1干扰的定义

干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。

电磁干扰（ElectromagneticInterference，EMI）是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。2

6.1.2形成干扰的三个要素

1、干扰源 产生干扰信号的设备被称为干扰源，如变压器、继电器、微波设备、电机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁场。

2、传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。

3、接收载体 接收载体是指受影响的器件、设备或系统，其吸收了干扰信号，并转化为对其工作造成影响的电气参数。

36.1.3干扰的传播方式（1）传导方式：干扰信号通过各种线路传入。

（2）辐射方式：干扰信号通过空间感应传入。

所以，从接收器的角度看，耦合分为两类：传导耦合和辐射耦合。前者指电磁能量以电压V或电流I的形式通过金属导线等耦合至接收器；后者则通过空间以电磁场形式耦合。46.2干扰的抑制与防护

名词解释：

电磁兼容性设计——在设计中，考虑所设计的设备或系统在预定的工作场所运行时，既不受周围的电磁干扰的影响，又不对周围的设备施加干扰，这种设计方法称之。

56.2.1屏蔽屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

6图6-4变压器的屏蔽如图6-4所示的变压器，在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环。7图6-5同轴电缆示意图在如图6-5所示的同轴电缆中，为防止信号在传输过程中受到电磁干扰，在电缆线中设置了屏蔽层。8

6.2.2隔离目的：不发生电的联系，切断干扰的耦合通道。

常将强电部分与弱电部分、交流与直流部分隔离，此外还有以下几种隔离方法。

1、光电隔离光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。图6-6所示为一般光电耦合器组成的输入/输出线路。图6-6光电隔离原理910

2、变压器隔离对于交流信号的传输，一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度，如图6-7所示的变压器耦合隔离电路。图6-7变压器隔离原理11

3、继电器隔离继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离，如图6-9所示。同时，继电器触点较多，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。图6-9继电器126.2.3滤波

滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。图6-10低通滤波器图6-10所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。含有瞬间高频干扰的220V工频电源通过截止频率为50Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。13

图6-11(a)所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效的。图6-11(b)所示电路是交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速度。图6-11(c)所示电路是输入信号的阻容滤波电路，类似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。图6-11干扰滤波电路14

6.2.4正确接地

定义：将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（或面）实现低阻抗的连接，称之为接地。

目的：（1）为了安全，防止漏电时造成触电，称为安全接地，通常为大地。

（2）为了给系统提供一个基准电位，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等，称为工作接地。可以是大地，也可以是系统中其它电位参考点，如电源的某个极。

接地是电磁兼容性设计的一个重要内容。

15图6-13并联一点接地

1、单点接地图6-13所示是并联一点接地方式。这种方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。16

2、多点接地单点接地所需地线较多，一般适用于低频信号。若电路工作频率较高，电感分量较大，各地线间的互感耦合会增加干扰，因此常用多点接地。如图6-14所示，各接地点就近接于接地汇流排或底座、外壳等金属构件上。图6-14多点接地17

3、地线的设计机电一体化系统设计时要综合考虑各种地线的布局和接地方法。图6-15所示是一台数控机床的接地方法。图6-15数控机床的接地方法。186.2.5软件抗干扰设计

1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号并滤除干扰信号。可采用各种有针对性的软件滤波方法，如程序判断滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、防脉冲干扰平均值滤波法等。19

2、软件“陷阱”从软件的运行来看，瞬时电磁干扰可能会使CPU偏离预定的程序指针，进入未使用的RAM区和ROM区，引起一些莫名其妙的现象，其中死循环和程序“飞掉”是常见的。为了有效地排除这种干扰故障，常采用软件“陷阱”法。这种方法的基本指导思想是，把系统存储器（RAM和ROM）中没有使用的单元用某一种重新启动的代码指令填满，作为软件“陷阱”，以捕获“飞掉”的程序。20

3、软件“看门狗”“看门狗”（WATCHDOG）是工业控制机普遍采用的一种软件抗干扰措施。WATCHDOG实质上是一个可由CPU复位的定时器，当侵入的干扰使计算机程序“掉飞”时，WATCHDOG能够帮助系统自动恢复正常运行。216.2.5其它的