第五章(4)硬件抗干扰技术PPT文档格式.ppt

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干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的。

干扰有的来自干扰有的来自外部外部，有的来自，有的来自内部内部。

n外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。

外部干外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。

外部干扰环境如图扰环境如图1所示，有所示，有天电干扰天电干扰，如雷电或大气电离，如雷电或大气电离作用以及其他气象引起的干扰电波；

作用以及其他气象引起的干扰电波；

天体干扰天体干扰，如，如太阳或其他星球辐射的电磁波；

太阳或其他星球辐射的电磁波；

电气设备的干扰电气设备的干扰，如广播电台或通讯发射台发出的电磁波，动力机械、如广播电台或通讯发射台发出的电磁波，动力机械、高频炉、电焊机等都会产生干扰；

此外，荧光灯、高频炉、电焊机等都会产生干扰；

此外，荧光灯、开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬变过程的设备也会产生较大的干扰；

来自变过程的设备也会产生较大的干扰；

来自电源的工电源的工频干扰频干扰也可视为外部干扰。

也可视为外部干扰。

4.1干扰的来源干扰的来源n内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。

内部干扰环境入的。

内部干扰环境如图如图8-2所示所示，有分布电容、，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；

多点接地造成的电位差引线传输造成的波反射；

多点接地造成的电位差引入的干扰；

装置及设备中各种寄生振荡引入的干入的干扰；

装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；

甚至元器件产生的噪声等。

扰；

干扰的传播途径干扰的传播途径干扰传播的途径主要有三种：

干扰传播的途径主要有三种：

静电耦合，磁场静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。

耦合，公共阻抗耦合。

1静电耦合静电耦合4.2干扰的传播途径干扰的传播途径q静静电电耦耦合合是是电电场场通通过过电电容容耦耦合合途途径径窜窜入入其其它它线线路路的的。

两两根根并并排排的的导导线线之之间间会会构构成成分分布布电电容容，如如印印制制线线路路板板上上印印制制线线路路之之间间、变变压压器器绕绕线线之之间都会构成分布电容。

间都会构成分布电容。

q图图8-38-3给给出出两两根根平平行行导导线线之之间间静静电电耦耦合合的的示示意意电电路路，ClCl22是是两两个个导导线线之之间间的的分分布布电电容容，C1gC1g、C2gC2g是是导导线线对对地地的的电电容容，RR是是导导线线22对对地地电电阻阻。

如如果果导导线线11上上有有信信号号U1U1存存在在，那那么么它它就就会会成成为为导导线线22的的干干扰扰源源，在在导导线线22上上产产生生干干扰扰电电压压UnUn。

显显然然，干干扰扰电电压压UnUn与与干干扰扰源源U1U1、分分布布电电容容Cl2Cl2、C2gC2g的大小有关。

的大小有关。

空空间间的的磁磁场场耦耦合合是是通通过过导导体体间间的的互互感感耦耦合合进进来来的的。

在在任任何何载载流流导导体体周周围围空空间间中中都都会会产产生生磁磁场场，而而交交变变磁磁场场则则对对其其周周围围闭闭合合电电路路产产生生感感应应电电势势。

如如设设备备内内部部的的线线圈圈或或变变压压器器的的漏漏磁磁会会引引起起干干扰扰，还还有有普普通通的的两两根根导导线线平平行行架架设设时时，也也会会产产生生磁场干扰，磁场干扰，如图如图8-48-4所示所示。

n如果导线如果导线11为承载着为承载着10kVA10kVA、220V220V的交流输电线，的交流输电线，导线导线22为与之相距为与之相距11米并平行走线米并平行走线1010米的信号线，两线之米的信号线，两线之间的互感间的互感MM会使信号线上感应到的干扰电压会使信号线上感应到的干扰电压UnUn高达几十高达几十毫伏。

如果导线毫伏。

如果导线22是连接热电偶的信号线，那么这几十是连接热电偶的信号线，那么这几十毫伏的干扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号。

毫伏的干扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号。

2磁场耦合磁场耦合n公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，从而产生干扰噪声的影响。

影响到另一个电路，从而产生干扰噪声的影响。

图图8-58-5给出一个公共电源线的阻抗耦合示意图。

给出一个公共电源线的阻抗耦合示意图。

3公共阻抗耦合公共阻抗耦合在一块印制电路板上，运算放大器在一块印制电路板上，运算放大器A1A1和和A2A2是两个独是两个独立的回路，但都接入一个公共电源，电源回流线的等效立的回路，但都接入一个公共电源，电源回流线的等效电阻电阻R1R1、R2R2是两个回路的公共阻抗。

当回路电流是两个回路的公共阻抗。

当回路电流ii11变化变化时，在时，在R1R1和和R2R2上产生的电压降变化就会影响到另一个回上产生的电压降变化就会影响到另一个回路电流路电流ii22。

反之，也如此。

4.3硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施v引言引言v4.3.14.3.1串模干扰的抑制串模干扰的抑制v4.3.24.3.2共模干扰的抑制共模干扰的抑制v4.3.34.3.3长线传输干扰的抑制长线传输干扰的抑制v4.3.44.3.4信号线的选择与敷设信号线的选择与敷设v4.3.54.3.5电源系统的抗干扰电源系统的抗干扰v4.3.64.3.6接地系统的抗干扰接地系统的抗干扰引言引言了了解解了了干干扰扰的的来来源源与与传传播播途途径径，我我们们就就可可以以采采取取相相应应的的抗抗干干扰扰措措施施。

在在硬硬件件抗抗干干扰扰措措施施中中，除除了了按按照照干干扰扰的的三三种种主主要要作作用用方方式式串串模模、共共模模及及长长线线传传输输干干扰扰来来分分别别考考虑虑外外，还要从布线、电源、接地等方面考虑。

还要从布线、电源、接地等方面考虑。

串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。

其表现形式与产即干扰源串联在信号源回路中。

其表现形式与产生原因生原因如图如图8-68-6所示所示。

图中。

图中UUss为信号源，为信号源，UUnn为串为串模干扰电压，邻近导线模干扰电压，邻近导线（干扰线干扰线）有交变电流有交变电流IIaa流流过，由过，由IIaa产生的电磁干扰信号就会通过分布电容产生的电磁干扰信号就会通过分布电容CC11和和CC22的耦合，引至计算机控制系统的输入端。

的耦合，引至计算机控制系统的输入端。

4.3.1串模干扰的抑制串模干扰的抑制对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。

目前常采用双绞线与滤波器两种措施。

1双绞线做信号引线双绞线做信号引线n双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属编织了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属编织物或护套形成屏蔽双绞线，物或护套形成屏蔽双绞线，图图8-7给出了带有屏蔽给出了带有屏蔽护套的多股双绞线实物图。

护套的多股双绞线实物图。

n采用双绞线作信号线的目的，就是因为外界电磁场会在双绞线相邻的小环路上形成相反方向的感应电势，从而互相抵消减弱干扰作用。

双绞线相邻的扭绞处之间为双绞线的节距，双绞线不同节距会对串模干扰起到不同的的抑制效果，见表8-1。

n双绞线可用来传输模拟信号和数字信号，用于点对点连接和多点连接应用场合，传输距离为几公里，数据传输速率可达2Mbps。

节距（mm）干扰衰减比屏蔽效果1001412375711375011214125141143平行线110n2引入滤波电路引入滤波电路n采用硬件滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。

采用硬件滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。

根根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用具有低通、高通、带通等滤波器。

用具有低通、高通、带通等滤波器。

其中，如果干扰其中，如果干扰频率比被测信号频率高，则选用低通滤波器；

如果干频率比被测信号频率高，则选用低通滤波器；

如果干扰频率比被测信号频率低，则选用高通滤波器；

如果扰频率比被测信号频率低，则选用高通滤波器；

如果干扰频率落在被测信号频率的两侧时，则需用带通滤干扰频率落在被测信号频率的两侧时，则需用带通滤波器。

一般采用电阻波器。

一般采用电阻R、电容电容C、电感电感L等无源元件构等无源元件构成滤波器，成滤波器，图图8-8（a）所示为在模拟量输入通道中引所示为在模拟量输入通道中引入的一个无源二级阻容低通滤波器，但它的缺点是对入的一个无源二级阻容低通滤波器，但它的缺点是对有用信号也会有较大的衰减。

为了把增益与频率特性有用信号也会有较大的衰减。

为了把增益与频率特性结合起来，对于小信号可以采取以反馈放大器为基础结合起来，对于小信号可以采取以反馈放大器为基础的有源滤波器，它不仅可以达到滤波效果，而且能够的有源滤波器，它不仅可以达到滤波效果，而且能够提高信号的增益，提高信号的增益，如图如图8-8（b）所示。

所示。

共模干扰是指计算机控制系统共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压号放大器两个输入端上共有的干扰电压，可以是，可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。

其表现形式与产生原因算机等设备的接地情况。

其表现形式与产生原因如图如图8-98-9所示所示。

4.3.24.3.2共模干扰的抑制共模干扰的抑制n在计算机控制系统中一般都用较长的导线把现场中的传感在计算机控制系统中一般都用较长的导线把现场中的传感器或执行器引入至计算机系统的输入通道或输出通道中，器或执行器引入至计算机系统的输入通道或输出通道中，这类信号传输线通常长达几十米以至上百米，这样，现场这类信号传输线通常长达几十米以至上百米，这样，现场信号的参考接地点与计算机系统输入或输出通道的参考接信号的参考接地点与计算机系统输入或输出通道的参考接地点之间存在一个电位差地点之间存在一个电位差UUcmcm。

这个这个UUcmcm是加在放大器输入是加在放大器输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。

端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。

n既然共模干扰产生的原因是不同既然共模干扰产生的原因是不同“地地”之间存在的电压，之间存在的电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。

因此，共模干扰电压的以及模拟信号系统对地的漏阻抗。

因此，共模干扰电压的抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用被测信号的双端差动输入方式。

具体的被测信号的双端差动输入方式。

具体的有变压器隔离、光有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。

电隔离与浮地屏蔽等三种措施。

1变压器隔离