1、7.2 7.2 硬件抗干擾技術硬件抗干擾技術NUST自動化學院自動化學院硬件抗干擾的常用措施硬件抗干擾的常用措施 1 1、接地技術、接地技術 2 2、屏蔽技術、屏蔽技術 3 3、長線傳輸的干擾及抑制、長線傳輸的干擾及抑制 4 4、共模干擾的抑制、共模干擾的抑制 5 5、差模干擾的抑制、差模干擾的抑制 6 6、供電系統抗干擾、供電系統抗干擾 7 7、印刷電路板抗干擾、印刷電路板抗干擾NUST自動化學院自動化學院一、接地技術一、接地技術 1 1、接地的基本概念、接地的基本概念 2 2、接地環路與共模干擾、接地環路與共模干擾 3 3、系統接地設計、系統接地設計 NUST自動化學院自動化學院( (一一

2、) ) 接地的基本概念接地的基本概念地：地： 電路或系統中，為各信號提供參考電位的等電電路或系統中，為各信號提供參考電位的等電位點或等電位面。位點或等電位面。接地：接地： 將某點與一個等電位點或等電位面之間用低電將某點與一個等電位點或等電位面之間用低電阻導體連接起來，構成基準電位。阻導體連接起來，構成基準電位。NUST自動化學院自動化學院1 1、測控系統中的地線種類、測控系統中的地線種類 1) 1) 信號地信號地 檢測系統中，原始信號是用傳感器從被測對象檢測系統中，原始信號是用傳感器從被測對象獲取的，信號地指傳感器本身的零電位基準線。獲取的，信號地指傳感器本身的零電位基準線。2) 2) 模擬地

3、模擬地 模擬信號的參考點，所有電路的模擬地最終都模擬信號的參考點，所有電路的模擬地最終都與供給模擬電路電流的直流電源的參考點連接。與供給模擬電路電流的直流電源的參考點連接。3) 3) 數字地數字地 數字信號的參考點，所有電路的數字地最終都數字信號的參考點，所有電路的數字地最終都與供給數字電路電流的直流電源的參考點相連。與供給數字電路電流的直流電源的參考點相連。 NUST自動化學院自動化學院4) 4) 負載地負載地 指大功率負載或感性負載的地線。指大功率負載或感性負載的地線。 當大功率負載被切換時，地電流中會出現很大當大功率負載被切換時，地電流中會出現很大的瞬態分量，對低電平的模擬電路乃至數字電

4、路都的瞬態分量，對低電平的模擬電路乃至數字電路都會產生嚴重干擾，這類負載的地線稱為噪聲地。會產生嚴重干擾，這類負載的地線稱為噪聲地。 NUST自動化學院自動化學院5) 5) 系統地系統地 為避免地線公共阻抗的耦合干擾，模擬地、數為避免地線公共阻抗的耦合干擾，模擬地、數字地、負載地應嚴格分開，最后匯合在一點，該點字地、負載地應嚴格分開，最后匯合在一點，該點稱為系統地，為整個系統的統一參考電位。稱為系統地，為整個系統的統一參考電位。 系統或設備的機殼上的某一點通常與系統地相系統或設備的機殼上的某一點通常與系統地相銜接，供給系統各個環節的直流穩壓或非穩壓電源銜接，供給系統各個環節的直流穩壓或非穩壓電

5、源的參考點也都在系統地上。的參考點也都在系統地上。NUST自動化學院自動化學院2 2、共地和浮地、共地和浮地 浮地系統：浮地系統： 1 1系統地與大地絕緣的系統。系統地與大地絕緣的系統。 2 2系統地不一定是零電位，僅為系統的等電系統地不一定是零電位，僅為系統的等電位點。位點。共地系統共地系統 1 1系統地與大地相連的系統。系統地與大地相連的系統。 2 2系統地與大地電位相同。系統地與大地電位相同。NUST自動化學院自動化學院絕對零電位：絕對零電位： 地球電位作為絕對基準電位也即絕對零電位。地球電位作為絕對基準電位也即絕對零電位。絕對零電位常用連接方法：絕對零電位常用連接方法： 地下埋設銅板或

6、插入金屬棒等作為連接大地的地下埋設銅板或插入金屬棒等作為連接大地的地線。地線。NUST自動化學院自動化學院常用系統的接地設計常用系統的接地設計共地系統：共地系統： 1 1采用共地系統，有利于信號線的屏蔽處理采用共地系統，有利于信號線的屏蔽處理( (抑制干擾抑制干擾) )； 2 2機殼接地可免除操作人員的觸電危險；機殼接地可免除操作人員的觸電危險；浮地系統：浮地系統： 優點：對地電阻較大，對地分布電容較小，外優點：對地電阻較大，對地分布電容較小，外部共模干擾引起的干擾電流較小。部共模干擾引起的干擾電流較小。NUST自動化學院自動化學院實現方式：實現方式： 1 1機殼與大地完全絕緣：機殼與大地完全

7、絕緣： 機殼較大時，機殼與大地間分布電容和有限的機殼較大時，機殼與大地間分布電容和有限的漏電阻使系統地與大地間的可靠絕緣非常困難。漏電阻使系統地與大地間的可靠絕緣非常困難。 2 2系統地不接機殼：系統地不接機殼： 后果：貼地布線的原則后果：貼地布線的原則( (系統內部的信號傳輸系統內部的信號傳輸線、電源線和地線應貼近接地的機柜排列，機柜可線、電源線和地線應貼近接地的機柜排列，機柜可起到屏蔽作用起到屏蔽作用) )難以實施。難以實施。NUST自動化學院自動化學院共地系統中有接地注意點共地系統中有接地注意點- -可靠接地可靠接地 1 1系統地不能連接到交流電源的零線上；系統地不能連接到交流電源的零線

8、上； 2 2系統地不能連到大功率設備安全地線上；系統地不能連到大功率設備安全地線上； 交流電源及大功率設備地與大地間存在著隨機交流電源及大功率設備地與大地間存在著隨機變化的電位差，幅值變化范圍從幾十變化的電位差，幅值變化范圍從幾十mVmV至幾十至幾十V V。 3 3共地系統必須另設接地線；共地系統必須另設接地線； 4 4為防止大功率交流電源地電流對系統地的干為防止大功率交流電源地電流對系統地的干擾，系統地的接地點和交流電源接地點間的最小距擾，系統地的接地點和交流電源接地點間的最小距離不應少于離不應少于800 m800 m，所用的接地棒按常規的接地工藝，所用的接地棒按常規的接地工藝深埋，且與電力

9、線垂直。深埋，且與電力線垂直。 NUST自動化學院自動化學院3 3、接地方式、接地方式 1) 1) 串聯單點接地串聯單點接地 2) 2) 并聯單點接地并聯單點接地 3) 3) 多點接地多點接地NUST自動化學院自動化學院串聯單點接地串聯單點接地 方式：兩個或兩個以上的電路共用一段地線方式：兩個或兩個以上的電路共用一段地線 1 1） R1 R1、R2R2和和R3R3是各地線等效電阻；是各地線等效電阻； 2 2I1I1、I2I2和和I3I3是電路是電路1 1、2 2和和3 3的入地電流。的入地電流。 3 3地電流在地線等效電阻上產生壓降，三個電地電流在地線等效電阻上產生壓降，三個電路與地線的連接點

10、的對地電位具有不同的數值：路與地線的連接點的對地電位具有不同的數值： 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自動化學院自動化學院串聯單點接地的特點串聯單點接地的特點 1 1電路的地電位受其他電路地電流變化的調電路的地電位受其他電路地電流變化的調制，電路的輸出信號受到干擾；制，電路的輸出信號受到干擾； 2 2干擾由地線公共阻抗耦合作用產生的；干擾由地線公共阻抗耦合作用產生的；

11、3 3離接地點越遠，電路中出現噪聲干擾越大；離接地點越遠，電路中出現噪聲干擾越大； 4 4串聯接地方式布線最簡單，費用最省。串聯接地方式布線最簡單，費用最省。NUST自動化學院自動化學院串聯單點接地方式的適用電路：串聯單點接地方式的適用電路： 地電流較小且相差不太大的電路。地電流較小且相差不太大的電路?？垢蓴_措施：抗干擾措施： 為使干擾最小，把電平最低的電路安置在離接為使干擾最小，把電平最低的電路安置在離接地點地點( (系統地系統地) )最近的地方與地線相接。最近的地方與地線相接。NUST自動化學院自動化學院并聯單點接地并聯單點接地 各電路的地線只在一點各電路的地線只在一點( (系統地系統地)

12、 )集合，如圖：集合，如圖： NUST自動化學院自動化學院并聯單點接地的特點并聯單點接地的特點 1 1電路的對地電位只與本電路的地電流和地線電路的對地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關，因而沒有公共阻抗耦合噪聲；阻抗有關，因而沒有公共阻抗耦合噪聲； 2 2地線太多，復雜的系統這一矛盾更突出；地線太多，復雜的系統這一矛盾更突出；NUST自動化學院自動化學院 3 3不能用于高頻信號系統。不能用于高頻信號系統。 a a、地線一般較長，高頻情況下，地線的等效電、地線一般較長，高頻情況下，地線的等效電感和各地線之間雜散電容耦合的影響不容忽視；感和各地線之間雜散電容耦合的影響不容忽視； b b、地線的長

13、度等于信號波長的奇數倍時，地線、地線的長度等于信號波長的奇數倍時，地線呈極高阻抗，變成一個發射天線，對鄰近電路產生呈極高阻抗，變成一個發射天線，對鄰近電路產生嚴重的輻射干擾；嚴重的輻射干擾； c c、應把地線長度控制在、應把地線長度控制在1/201/20信號波長之內。信號波長之內。NUST自動化學院自動化學院多點接地方式多點接地方式 1 1各電路或元件的地線以各電路或元件的地線以最短的距離就近連到地線匯流最短的距離就近連到地線匯流排排( (通常是金屬底板通常是金屬底板) )上；上； 2 2地線很短地線很短( (小于小于25 mm)25 mm)，底板表面鍍銀，所以阻抗都很??；底板表面鍍銀，所以阻

14、抗都很??； 3 3不能用在低頻系統中。不能用在低頻系統中。 各電路的地電流流過地線匯流排的電阻會產生公各電路的地電流流過地線匯流排的電阻會產生公共阻抗耦合噪聲。共阻抗耦合噪聲。NUST自動化學院自動化學院接地方式的選用接地方式的選用 1 1信號頻率低于信號頻率低于1MHz1MHz時，采用單點接地方式；時，采用單點接地方式； 2 2信號頻率高于信號頻率高于10MHz10MHz時，采用多點接地；時，采用多點接地； 3 3頻率處于頻率處于1-10MHz1-10MHz之間的系統；之間的系統； a a、采用單點接地方式：地線長度應小于信號波、采用單點接地方式：地線長度應小于信號波長的長的1 12020。

15、 b b、如不滿足這一要求，應采用多點接地。、如不滿足這一要求，應采用多點接地。NUST自動化學院自動化學院低頻系統接地方式低頻系統接地方式要求：要求： 1 1串聯和并聯相結合的單點接地方式；串聯和并聯相結合的單點接地方式； 2 2兼顧抑制公共阻抗耦合噪聲；兼顧抑制公共阻抗耦合噪聲； 3 3系統布線不過于復雜。系統布線不過于復雜。 方式：方式： 1 1系統所有地線根據電流變化性質分若干組；系統所有地線根據電流變化性質分若干組； 2 2性質相近的電路共用一根地線性質相近的電路共用一根地線( (串聯接地串聯接地) )； 3 3將各組地線匯集于系統地上將各組地線匯集于系統地上( (并聯接地并聯接地)

16、 )。 NUST自動化學院自動化學院( (二二) )、系統接地設計、系統接地設計基本要求：基本要求： 1 1消除電流經公共地線阻抗產生的噪聲電壓；消除電流經公共地線阻抗產生的噪聲電壓； 2 2避免形成接地環路，引進共模干擾；避免形成接地環路，引進共模干擾；電路中地線特點：電路中地線特點： 1 1系統中具有多種地線；系統中具有多種地線； 2 2各環節與系統中一種或幾種地線發生聯系。各環節與系統中一種或幾種地線發生聯系。NUST自動化學院自動化學院地線處理的基本原則地線處理的基本原則 1 1盡量避免或減少由接地所引起的各種干擾，盡量避免或減少由接地所引起的各種干擾， 2 2便于布線；便于布線； 3

17、 3節省成本。節省成本。NUST自動化學院自動化學院系統接地設計的主內容系統接地設計的主內容 1 1輸入信號傳輸線屏蔽接地點的選擇輸入信號傳輸線屏蔽接地點的選擇 2 2電源變壓器靜電屏蔽層的接地電源變壓器靜電屏蔽層的接地 3 3直流電源接地點的選擇直流電源接地點的選擇 4 4印刷電路板的地線布局印刷電路板的地線布局 5 5機柜地線的布局機柜地線的布局 NUST自動化學院自動化學院1 1、直流電源接地點的選擇、直流電源接地點的選擇系統電源的特點：系統電源的特點： 1 1具有多種直流電源，有供給模擬電路工作用具有多種直流電源，有供給模擬電路工作用的和供給數字電路工作用的電源，都是穩壓電源；的和供給

18、數字電路工作用的電源，都是穩壓電源； 2 2可能存在非穩壓直流電源，供顯示、控制等可能存在非穩壓直流電源，供顯示、控制等用；用； 3 3不同性質的電源地線不能任意互連，應分別不同性質的電源地線不能任意互連，應分別匯集于一點，再與系統地相接。匯集于一點，再與系統地相接。 NUST自動化學院自動化學院2 2、印刷電路板的地線布局、印刷電路板的地線布局 常用印刷電路板的特點：常用印刷電路板的特點： 1 1包含模擬電源和數字電源，即包含模擬地、包含模擬電源和數字電源，即包含模擬地、數字地；數字地； 2 2一般的，一個系統中不可能為單一地信號。一般的，一個系統中不可能為單一地信號。 NUST自動化學院自

19、動化學院地線處理原則地線處理原則1 1模擬地和數字地分別設置；模擬地和數字地分別設置； 通過不同的引腳各元器件的模擬地和數字地分通過不同的引腳各元器件的模擬地和數字地分別連到電路板上的模擬地線和數字地線。別連到電路板上的模擬地線和數字地線。2 2減小地線電阻；減小地線電阻； 選用較寬的地線支線寬度通常不小于選用較寬的地線支線寬度通常不小于2-3mm2-3mm，干線寬度不小于干線寬度不小于8-10 mm)8-10 mm)； 不能隨意增大地線面積，避免增大電路和地線不能隨意增大地線面積，避免增大電路和地線之間的寄生電容。之間的寄生電容。NUST自動化學院自動化學院3 3采用地線隔離信號之間的耦合；

20、采用地線隔離信號之間的耦合； a a、模擬地線可隔離輸入模擬信號間及輸出和輸、模擬地線可隔離輸入模擬信號間及輸出和輸入信號間的耦合；入信號間的耦合； b b、在需要隔離的兩信號線之間增設模擬地線；、在需要隔離的兩信號線之間增設模擬地線； c c、數字信號可用數字地線進行隔離。、數字信號可用數字地線進行隔離。NUST自動化學院自動化學院二、屏蔽技術二、屏蔽技術屏蔽前提：屏蔽前提： 1 1儀表或系統的工作現場存在強電設備；儀表或系統的工作現場存在強電設備； 2 2強電設備的磁力線或電力線干擾儀表或系統強電設備的磁力線或電力線干擾儀表或系統的正常工作。的正常工作。屏蔽措施：屏蔽措施： 采用低電阻的導

21、電材料或高導磁率的鐵磁材料采用低電阻的導電材料或高導磁率的鐵磁材料制成容器，對易受干擾的部分實行屏蔽，阻斷或抑制成容器，對易受干擾的部分實行屏蔽，阻斷或抑制各種場干擾。制各種場干擾。 NUST自動化學院自動化學院( (一一) )、屏蔽的類型和原理、屏蔽的類型和原理屏蔽的類型：屏蔽的類型： 1 1靜電屏蔽靜電屏蔽 2 2電磁屏蔽電磁屏蔽 3 3磁屏蔽磁屏蔽NUST自動化學院自動化學院1 1、靜電屏蔽、靜電屏蔽靜電屏蔽的原理：靜電屏蔽的原理： 1 1靜電場作用下，如果空心導體腔內沒有凈電靜電場作用下，如果空心導體腔內沒有凈電荷，導體內和空腔內任何一點處的場強都等于零，荷，導體內和空腔內任何一點處的

22、場強都等于零，剩余電荷只能分布在外表面。剩余電荷只能分布在外表面。 2 2把某一物體放入空心導體的空腔內，該物體把某一物體放入空心導體的空腔內，該物體就不受任何外電場的影響。就不受任何外電場的影響。NUST自動化學院自動化學院靜電屏蔽作用靜電屏蔽作用 1 1在空心導體在空心導體( (金屬盒金屬盒)B)B的的空腔內放有一個帶電體空腔內放有一個帶電體A A： 2 2由于靜電感應，金屬盒由于靜電感應，金屬盒B B的內外表面分別出現等量異號的的內外表面分別出現等量異號的感應電荷；感應電荷； 3 3B B外表面電荷產生的電場對外界產生影響：外表面電荷產生的電場對外界產生影響：NUST自動化學院自動化學院

23、 4 4將金屬盒將金屬盒B B接地，則外表面的感應電荷將因接地，則外表面的感應電荷將因接地而消失，相應的電場也隨之消失；接地而消失，相應的電場也隨之消失； 5 5可消除金屬盒內帶電體對盒外的影響。可消除金屬盒內帶電體對盒外的影響。NUST自動化學院自動化學院靜電屏蔽的效果及措施靜電屏蔽的效果及措施靜電屏蔽的效果：靜電屏蔽的效果： 1 1用金屬屏蔽盒罩住被干擾的電路，且將金屬用金屬屏蔽盒罩住被干擾的電路，且將金屬盒接地，可消除外部的靜電干擾；盒接地，可消除外部的靜電干擾； 2 2用金屬盒罩住干擾源，且將金屬盒接地，那么用金屬盒罩住干擾源，且將金屬盒接地，那么可抑制干擾源對外部的干擾?？梢种聘蓴_源

24、對外部的干擾。NUST自動化學院自動化學院靜電屏蔽的措施：靜電屏蔽的措施： 1 1為達到較好的靜電屏蔽效果，選用低電阻材為達到較好的靜電屏蔽效果，選用低電阻材料作屏蔽盒，以銅或鋁為佳；料作屏蔽盒，以銅或鋁為佳； 2 2屏蔽盒應有良好的接地；屏蔽盒應有良好的接地； 3 3伸出屏蔽盒以外的導線越短越好。伸出屏蔽盒以外的導線越短越好。 NUST自動化學院自動化學院2 2、電磁屏蔽、電磁屏蔽 電磁屏蔽的目的：抑制高頻電磁場的干擾。電磁屏蔽的目的：抑制高頻電磁場的干擾。 電磁干擾的產生：電磁干擾的產生： 導體上通過高頻變化電流時，周圍空間產生相導體上通過高頻變化電流時，周圍空間產生相應變化的電磁場，變化

25、的電磁場可在鄰近的電路引應變化的電磁場，變化的電磁場可在鄰近的電路引起電磁感應，又向外輻射，干擾周圍電路。起電磁感應，又向外輻射，干擾周圍電路。 電磁干擾的特點：電磁干擾的特點： 1 1電磁場變化的頻率越高，輻射越強；電磁場變化的頻率越高，輻射越強； 2 2電磁場屏蔽中，包括電磁感應的屏蔽，及輻電磁場屏蔽中，包括電磁感應的屏蔽，及輻射干擾的屏蔽。射干擾的屏蔽。 NUST自動化學院自動化學院電磁干擾的消除電磁干擾的消除措施：措施： 1 1環繞導體加一個與導體中電流方向相反的變環繞導體加一個與導體中電流方向相反的變化電流，該電流產生的磁場與導體中電流產生的磁化電流，該電流產生的磁場與導體中電流產生

26、的磁場方向相反，產生抵消作用，減弱對外界的干擾；場方向相反，產生抵消作用，減弱對外界的干擾； 2 2反方向的電流由導體的接地屏蔽罩來產生；反方向的電流由導體的接地屏蔽罩來產生； 3 3高頻電磁場在導電性能良好的金屬導體內產高頻電磁場在導電性能良好的金屬導體內產生渦流，渦流的磁場與原磁場方向相反，抵消高頻生渦流，渦流的磁場與原磁場方向相反，抵消高頻干擾磁場，達到電磁屏蔽的目的。干擾磁場，達到電磁屏蔽的目的。 4 4因為屏蔽罩接地，所以也可實現電場屏蔽。因為屏蔽罩接地，所以也可實現電場屏蔽。NUST自動化學院自動化學院電磁屏蔽的效果電磁屏蔽的效果 1 1屏蔽罩的厚度對屏蔽效果影響不大；屏蔽罩的厚度

27、對屏蔽效果影響不大； 2 2屏蔽罩是否連續及網孔大小，直接影響到渦屏蔽罩是否連續及網孔大小，直接影響到渦流的大小，影響屏蔽的效果；流的大小，影響屏蔽的效果； 3 3屏蔽越嚴密，屏蔽效果越好；屏蔽越嚴密，屏蔽效果越好； 4 4電磁屏蔽的材料應選用低內阻的金屬材料，電磁屏蔽的材料應選用低內阻的金屬材料，例如銅、鋁或鍍銀銅板等。例如銅、鋁或鍍銀銅板等。NUST自動化學院自動化學院3 3、磁屏蔽、磁屏蔽磁屏蔽的適用范圍：磁屏蔽的適用范圍： 防止低頻磁場干擾。防止低頻磁場干擾。( (電磁屏蔽不適用在低頻磁電磁屏蔽不適用在低頻磁場干擾場合場干擾場合) ) 屏蔽的方式：屏蔽的方式： 利用高導磁材料制成屏蔽罩

28、，使低頻磁場干擾利用高導磁材料制成屏蔽罩，使低頻磁場干擾的磁力線大部分在屏蔽罩內構成回路，泄漏到屏蔽的磁力線大部分在屏蔽罩內構成回路，泄漏到屏蔽罩外干擾磁通很少，達到抑制低頻磁場干擾目的。罩外干擾磁通很少，達到抑制低頻磁場干擾目的。 NUST自動化學院自動化學院三、長線傳輸的干擾及抑制三、長線傳輸的干擾及抑制長線傳輸干擾的產生：長線傳輸干擾的產生： 測控系統中，當被測對象與測控系統相距較遠測控系統中，當被測對象與測控系統相距較遠時幾十米或更長），產生較大的干擾。時幾十米或更長），產生較大的干擾。長線干擾的主要類型：長線干擾的主要類型： 1 1長線感應干擾長線感應干擾 2 2反射干擾反射干擾 N

29、UST自動化學院自動化學院( (一一) ) 長線感應干擾及抑制長線感應干擾及抑制長線感應干擾的產生：長線感應干擾的產生： 干擾源通過電磁或靜電耦合在傳感器信號線上干擾源通過電磁或靜電耦合在傳感器信號線上產生干擾信號。產生干擾信號。NUST自動化學院自動化學院長線感應干擾的特點長線感應干擾的特點 1 1傳感器信號線過長，干擾源在信號線上產生傳感器信號線過長，干擾源在信號線上產生的感應電壓較大；的感應電壓較大； 2 2輸電線與信號線平行敷設時，信號線上的電輸電線與信號線平行敷設時，信號線上的電磁感應電壓和靜電感應電壓分別可達磁感應電壓和靜電感應電壓分別可達mVmV級級( (傳感器的傳感器的有效信號

30、電壓一般為幾十有效信號電壓一般為幾十mVmV甚至小于干擾電壓甚至小于干擾電壓) )； 3 3信號地與系統地間的電位差信號地與系統地間的電位差( (地電壓地電壓Um)Um)可達可達幾幾V V至十幾至十幾V V甚至更大。甚至更大。NUST自動化學院自動化學院 單線傳輸特點單線傳輸特點 1 1感應干擾電壓感應干擾電壓UnUn和地和地電壓電壓UmUm與被測信號與被測信號UsUs串聯，形串聯，形成差模干擾電壓：成差模干擾電壓： rs rs、rmrm、r r、R R為信號源內阻、兩地間地電阻、為信號源內阻、兩地間地電阻、傳輸線電阻和系統輸入電阻，傳輸線電阻和系統輸入電阻，rm r rs Rrm r rs

31、R： UNnUn UNnUn，UNmUmUNmUm 2 2地電壓和感應干擾電壓無抑制成為對干擾電地電壓和感應干擾電壓無抑制成為對干擾電壓，使信號電壓被干擾電壓淹沒。壓，使信號電壓被干擾電壓淹沒。RrrrRUUmsnNnRrrrRUUmsmNmNUST自動化學院自動化學院 雙線傳輸抑制方式雙線傳輸抑制方式增設一條同樣長度的傳輸線。增設一條同樣長度的傳輸線。 1 1兩傳輸線上的感應干擾兩傳輸線上的感應干擾電壓相等即電壓相等即Un1Un1Un2Un2UnUn； 2 2rm r rs R rm r rs R ，感應干擾電壓，感應干擾電壓UnUn和地電壓和地電壓UmUm形成的差模干擾電壓分別為：形成的差

32、模干擾電壓分別為：0)1 ()1 (RrrrRrrRRrrrRRrrUUsmmmsmnNnmsmNmURrrRrRRUU)(NUST自動化學院自動化學院平衡傳輸的特點平衡傳輸的特點 1 1雙線傳輸；雙線傳輸； 2 2兩傳輸線處于完全相同的條件；兩傳輸線處于完全相同的條件； 3 3產生的感應干擾電壓完全相同；產生的感應干擾電壓完全相同； 4 4兩傳輸線內阻、對地分布電容、漏電阻相同兩傳輸線內阻、對地分布電容、漏電阻相同 5 5差模干擾變成純共模電壓。差模干擾變成純共模電壓。NUST自動化學院自動化學院平衡傳輸的實現特點：平衡傳輸的實現特點： 1 1采用雙絞線；采用雙絞線； 2 2雙絞線的雙線絞合

33、較緊，各方面處于基本相雙絞線的雙線絞合較緊，各方面處于基本相同的條件，平衡特性好；同的條件，平衡特性好； 3 3雙絞線對電感耦合噪聲有很好的抑制作用。雙絞線對電感耦合噪聲有很好的抑制作用。 NUST自動化學院自動化學院雙線傳輸的適用特點雙線傳輸的適用特點 傳輸信號的形式不同，抗干擾效果不一樣。傳輸信號的形式不同，抗干擾效果不一樣。 1 1數字信號抗干擾能力優于模擬信號，數字信數字信號抗干擾能力優于模擬信號，數字信號傳輸優于模擬信號傳輸；號傳輸優于模擬信號傳輸； 2 2頻率信號是準數字信號，適于應用雙絞線遠頻率信號是準數字信號，適于應用雙絞線遠距離傳輸；距離傳輸； 3 3電流傳輸代替電壓傳輸，可

34、獲得較好的抗干電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。擾能力。NUST自動化學院自動化學院電流傳輸的特點：電流傳輸的特點： 1) 1)不受傳輸線壓降、接觸電阻、寄生熱電偶和不受傳輸線壓降、接觸電阻、寄生熱電偶和接觸電勢的影響；接觸電勢的影響； 2) 2)不受各種電壓性噪聲的干擾。不受各種電壓性噪聲的干擾。 例：過程控制中，采用電壓例：過程控制中，采用電壓/ /電流轉換器產生電流轉換器產生4-20mA4-20mA的電流信號，在接收端用一個精密電阻或電的電流信號，在接收端用一個精密電阻或電流流/ /電壓轉換器轉換成電壓信號。電壓轉換器轉換成電壓信號。NUST自動化學院自動化學院四、共模干擾的

35、抑制四、共模干擾的抑制 途徑：途徑： 1 1減少共模電壓減少共模電壓UcmUcm； 2 2減少共模增益減少共模增益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( (減少共模電壓減少共模電壓) ) 2 2、隔離技術、隔離技術 3 3、浮地技術、浮地技術 4 4、浮動電容切換、浮動電容切換NUST自動化學院自動化學院( (一一) ) 隔離技術隔離技術隔離目的：隔離目的： 1 1把干擾源和易被干擾的部分隔離開來，使測把干擾源和易被干擾的部分隔離開來，使測控裝置與現場間僅保持信號聯系，無電氣聯系；控裝置與現場間僅保持信號聯系，無電氣聯系

36、； 2 2實質是把引進的干擾通道切斷，達到隔離現實質是把引進的干擾通道切斷，達到隔離現場干擾的目的；場干擾的目的； 3 3工業測控系統中，既包括弱電控制，又包括工業測控系統中，既包括弱電控制，又包括強電控制。為使兩者間既保持控制信號聯系，又要強電控制。為使兩者間既保持控制信號聯系，又要隔絕電氣方面的聯系，既實行弱電和強電隔離。隔絕電氣方面的聯系，既實行弱電和強電隔離。 NUST自動化學院自動化學院常用的隔離方法常用的隔離方法 1 1變壓器隔離變壓器隔離 2 2縱向扼流圈隔離縱向扼流圈隔離 3 3光電隔離光電隔離 4 4繼電器隔離繼電器隔離NUST自動化學院自動化學院1 1、變壓器隔離、變壓器隔

37、離 電路如圖：電路如圖： 隔離特點：隔離特點： 1 1變壓器次級輸出電壓只與初級繞組兩輸入端變壓器次級輸出電壓只與初級繞組兩輸入端電位差成正比，對差模信號暢通，隔斷共模信號；電位差成正比，對差模信號暢通，隔斷共模信號； 2 2變壓器隔離適用變壓器隔離適用50Hz50Hz以上的信號，低頻特別以上的信號，低頻特別是超低頻時非常不合適。是超低頻時非常不合適。 NUST自動化學院自動化學院 3 3傳輸低頻信號時，要有很大電感和體積，初傳輸低頻信號時，要有很大電感和體積，初次級間圈數很多，產生較大的寄生電容，共模信號次級間圈數很多，產生較大的寄生電容，共模信號通過變壓器初次間的寄生電容在負載上形成干擾；

38、通過變壓器初次間的寄生電容在負載上形成干擾； 4 4初次級繞組間要設置靜電屏蔽層且接地，可初次級繞組間要設置靜電屏蔽層且接地，可減少初次級寄生電容，達到抑制高頻干擾的目的；減少初次級寄生電容，達到抑制高頻干擾的目的；NUST自動化學院自動化學院 變壓器隔離的適用場合變壓器隔離的適用場合 1 1信號頻率很低；信號頻率很低； 2 2共模電壓很高；共模電壓很高； 3 3共模漏電流要求很小。共模漏電流要求很小。NUST自動化學院自動化學院2 2、光電耦合隔離、光電耦合隔離 1 1光電耦合器內電光電耦合器內電- -光光- -電轉換在完全密封條件電轉換在完全密封條件下進行，不受外界光的影響；下進行，不受外

39、界光的影響； 2 2信號傳遞由光傳遞，兩個電路間沒有電氣連信號傳遞由光傳遞，兩個電路間沒有電氣連接，故兩電路間地電位差就再不會形成干擾。接，故兩電路間地電位差就再不會形成干擾。 3 3輸入阻抗很低輸入阻抗很低(100-1000(100-1000歐歐) )，而干擾源的內，而干擾源的內阻很高，通常為阻很高，通常為105-106105-106歐。由分壓原理，能饋送到歐。由分壓原理，能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲很?。还怆婑詈掀鬏斎攵说脑肼暫苄。籒UST自動化學院自動化學院 4 4干擾電壓較大時，由于能量很小，只形成微干擾電壓較大時，由于能量很小，只形成微弱電流。發光二極管只有通過一定強度電流才能發弱

40、電流。發光二極管只有通過一定強度電流才能發光，光電晶體管也只在一定光強下才能工作，電壓光，光電晶體管也只在一定光強下才能工作，電壓幅值很高的干擾，沒有足夠能量而不能使二極管發幅值很高的干擾，沒有足夠能量而不能使二極管發光，從而被抑制；光，從而被抑制； 5 5輸入端與輸出端間的寄生電容極小，絕緣電輸入端與輸出端間的寄生電容極小，絕緣電阻很大，光耦合器一邊的各種干擾噪聲很難通過光阻很大，光耦合器一邊的各種干擾噪聲很難通過光耦合器饋送到另一邊；耦合器饋送到另一邊； 6 6線性范圍較小，主要用于傳送數字信號。線性范圍較小，主要用于傳送數字信號。NUST自動化學院自動化學院 光耦電路的接線光耦電路的接線

41、 1 1RiRi為限流電阻，為限流電阻，D D為反為反向保護二極管；向保護二極管； 2 2ViVi值與值與TTLTTL邏輯電平并邏輯電平并不要求一致，經不要求一致，經RiRi限流后符合限流后符合發光二極管要求即可。發光二極管要求即可。RLRL是光敏三極管負載電阻；是光敏三極管負載電阻； 3 3光敏三極管導通，光敏三極管導通，V0V0為低電平，反之高電平為低電平，反之高電平 4 4電路中參數的選擇；電路中參數的選擇； 5 5光耦輸入和輸出部分必須分別采用獨立的電光耦輸入和輸出部分必須分別采用獨立的電源，如果兩端共用一個電源，則沒有隔離作用。源，如果兩端共用一個電源，則沒有隔離作用。 NUST自動

42、化學院自動化學院3 3、繼電器隔離、繼電器隔離繼電器隔離的特點：繼電器隔離的特點： 1 1繼電器的線圈和觸點繼電器的線圈和觸點之間沒有電氣上的聯系；之間沒有電氣上的聯系； 2 2利用繼電器的線圈接利用繼電器的線圈接收電氣信號，利用觸點發送收電氣信號，利用觸點發送和輸出信號，從而避免強電和輸出信號，從而避免強電和弱電信號之間的直接接觸，和弱電信號之間的直接接觸，實現抗干擾隔離。實現抗干擾隔離。NUST自動化學院自動化學院五、差模干擾的抑制五、差模干擾的抑制差模噪聲的干擾形式：差模噪聲的干擾形式： 與被測信號疊加在一起，表現為：電壓的串聯與被測信號疊加在一起，表現為：電壓的串聯或電流的并聯?；螂娏?/p>

43、的并聯。差模噪聲的來源：差模噪聲的來源： 1 1信號源產生；信號源產生； 2 2引線感應耦合。引線感應耦合。NUST自動化學院自動化學院差模干擾的抑制：差模干擾的抑制： 1 1從噪聲源采取措施：切斷噪聲耦合途徑從噪聲源采取措施：切斷噪聲耦合途徑( (將將引線屏蔽等引線屏蔽等) )； 2 2利用干擾與信號的差別來把干擾消除掉或利用干擾與信號的差別來把干擾消除掉或減到最小。減到最小。NUST自動化學院自動化學院差模干擾常用抑制方法差模干擾常用抑制方法 1 1、頻率濾波法、頻率濾波法 2 2、積分法、積分法 3 3、電平鑒別法、電平鑒別法 4 4、脈寬鑒別法、脈寬鑒別法NUST自動化學院自動化學院(

44、 (一一) ) 頻率濾波法頻率濾波法 原理：原理： 利用差模干擾與信號頻率差異進行頻率濾波。利用差模干擾與信號頻率差異進行頻率濾波。 具體實現：具體實現： 1 1、高通濾波器濾除比信號頻率低的差模干擾；、高通濾波器濾除比信號頻率低的差模干擾； 2 2、低通濾波器濾除比信號頻率高的差模干擾；、低通濾波器濾除比信號頻率高的差模干擾； 3 3、50 Hz50 Hz陷波器濾除工頻干擾。陷波器濾除工頻干擾。NUST自動化學院自動化學院( (二二) ) 積分法積分法適用范圍：適用范圍： 雙積分式雙積分式A/DA/D可有效削弱周期性差模干擾。可有效削弱周期性差模干擾。雙積分式雙積分式A/DA/D的特點：的特

45、點： 1 1對被測電壓定時積分；對被測電壓定時積分； 2 2對基準電壓定壓積分，至輸出為對基準電壓定壓積分，至輸出為0 0。抗干擾特點：抗干擾特點： 1 1選定時積分時間為干擾噪聲周期的整數倍；選定時積分時間為干擾噪聲周期的整數倍； 2 2抑制工頻干擾時，雙積分抑制工頻干擾時，雙積分A/DA/D定時積分時間定時積分時間 T Tk k 20 ms 20 ms NUST自動化學院自動化學院( (三三) ) 電平鑒別法電平鑒別法電平鑒別的前提：電平鑒別的前提： 1 1信號和噪聲在幅值上有較大的差別；信號和噪聲在幅值上有較大的差別； 2 2信號幅值較大，噪聲幅值較小。信號幅值較大，噪聲幅值較小。NUS

46、T自動化學院自動化學院采用脈沖隔離門抑制干擾采用脈沖隔離門抑制干擾原理：原理： 1 1利用硅二極管的正向壓降對幅值小的干擾利用硅二極管的正向壓降對幅值小的干擾脈沖加以阻擋；脈沖加以阻擋； 2 2讓幅值大的信號脈沖順利通過。讓幅值大的信號脈沖順利通過。 如圖：如圖： 注：注： 電路中的二極管最好選用開關管。電路中的二極管最好選用開關管。NUST自動化學院自動化學院六、供電系統抗干擾六、供電系統抗干擾 1 1、供電系統中竄入的干擾來源、供電系統中竄入的干擾來源 2 2、供電系統抗干擾措施、供電系統抗干擾措施NUST自動化學院自動化學院( (一一) )、供電系統竄入的干擾、供電系統竄入的干擾供電系統

47、竄入的干擾類型：供電系統竄入的干擾類型： 1 1、大功率感性負載切換時，電網中產生強大的、大功率感性負載切換時，電網中產生強大的反電動勢，該瞬態高壓反電動勢，該瞬態高壓( (幅值達幅值達2kV2kV，頻率從幾百，頻率從幾百HzHz到到2MHz)2MHz)可引起電源波形的嚴重畸變；可引起電源波形的嚴重畸變； 電網中瞬態高壓對系統產生干擾的主要途徑：電網中瞬態高壓對系統產生干擾的主要途徑： 由電源進線，經由電源變壓器的初次級繞組間的由電源進線，經由電源變壓器的初次級繞組間的雜散電容進入系統電路，再從系統接地點入地返回雜散電容進入系統電路，再從系統接地點入地返回干擾源。干擾源。NUST自動化學院自動

48、化學院 2 2、整流方式供電時，濾波不良會產生低頻紋波、整流方式供電時，濾波不良會產生低頻紋波干擾噪聲；干擾噪聲； 3 3、直流、直流/ /直流變換器或開關穩壓電源供電時時，直流變換器或開關穩壓電源供電時時，出現高頻開關噪聲干擾；出現高頻開關噪聲干擾； 4 4、電源進線和輸出線易受工業現場及天電的各、電源進線和輸出線易受工業現場及天電的各種干擾噪聲。這些干擾噪聲經電源線傳導耦合到電種干擾噪聲。這些干擾噪聲經電源線傳導耦合到電路中去，對系統產生干擾。路中去，對系統產生干擾。 NUST自動化學院自動化學院( (二二) )、供電系統抗干擾措施、供電系統抗干擾措施 1 1電源濾波和退耦；電源濾波和退耦

49、； 2 2不間斷電源和開關式直流穩壓電源供電；不間斷電源和開關式直流穩壓電源供電； 3 3系統分別供電和采用電源模塊單獨供電；系統分別供電和采用電源模塊單獨供電； 4 4供電系統饋線要合理布置。供電系統饋線要合理布置。NUST自動化學院自動化學院1 1、電源濾波和退耦電路、電源濾波和退耦電路NUST自動化學院自動化學院電路特點：電路特點： 1 1交流進線端接對稱交流進線端接對稱LCLC低通濾波器，濾除交流低通濾波器，濾除交流進線上大于進線上大于50Hz50Hz的高次諧波干擾，改善電源波形；的高次諧波干擾，改善電源波形； 2 2變阻二極管變阻二極管( (或壓敏電阻或壓敏電阻) )抑制進入交流電源

50、抑制進入交流電源線上的瞬時干擾線上的瞬時干擾( (或者大幅值的尖脈沖干擾或者大幅值的尖脈沖干擾) )； 3 3電源變壓器采用雙重屏蔽措施，將初次級隔電源變壓器采用雙重屏蔽措施，將初次級隔離起來，使混入初級的噪聲干擾不致進入次級；離起來，使混入初級的噪聲干擾不致進入次級； 4 4整流濾波電路采用電解電容和無感高頻電容整流濾波電路采用電解電容和無感高頻電容的并聯組合，進一步減小高頻噪聲進入電源系統。的并聯組合，進一步減小高頻噪聲進入電源系統。NUST自動化學院自動化學院 5 5整流濾波后的直流電壓再經穩壓，可使干擾整流濾波后的直流電壓再經穩壓，可使干擾被抑制到最小；被抑制到最?。?6 6部分電源系

51、統在交流進線端設交流穩壓器，部分電源系統在交流進線端設交流穩壓器，保證交流供電的穩定性，抑制電網電壓的波動；保證交流供電的穩定性，抑制電網電壓的波動； 7 7為避免通過電源內阻造成幾個電路間互相干為避免通過電源內阻造成幾個電路間互相干擾，在每個電路的直流電源進線與地之間接入了擾，在每個電路的直流電源進線與地之間接入了RCRC或或LCLC的退耦濾波電路。的退耦濾波電路。NUST自動化學院自動化學院2 2、采用不間斷電源和開關式直流穩壓電源、采用不間斷電源和開關式直流穩壓電源UPSUPS的特點：的特點： 1 1有很強的抗電網干擾的能力；有很強的抗電網干擾的能力； 2 2電網斷電后，電網斷電后，UP

52、SUPS以極短的時間以極短的時間(3 ms)(3 ms)切換切換到后備電源；到后備電源； 3 3后備電源能維持后備電源能維持10 min10 min以上以上( (滿載滿載) )或或30 min30 min以上以上( (半載半載) )的供電時間，以便及時處理電源故障或的供電時間，以便及時處理電源故障或采取應急措施。采取應急措施。NUST自動化學院自動化學院開關式穩壓電源的特點：開關式穩壓電源的特點： 1 1開關頻率可達開關頻率可達10-20 kHz10-20 kHz或更高，因而變壓或更高，因而變壓器等都可小型化；器等都可小型化； 2 2高頻開關晶體管工作在飽和截止狀態，效率高頻開關晶體管工作在飽

53、和截止狀態，效率可達可達6060-70-70； 3 3抗干擾能力強?？垢蓴_能力強。NUST自動化學院自動化學院3 3、系統分別供電和采用電源模塊單獨供電、系統分別供電和采用電源模塊單獨供電 1 1系統使用繼電器等電感設備時，向采集電路系統使用繼電器等電感設備時，向采集電路供電的線路應與向繼電器等供電的線路分開，防止供電的線路應與向繼電器等供電的線路分開，防止在供電線路之間出現相互干擾；在供電線路之間出現相互干擾； 2 2設計供電線路時，注意對變壓器和低通濾波設計供電線路時，注意對變壓器和低通濾波器進行屏蔽，以抑制靜電干擾。器進行屏蔽，以抑制靜電干擾。NUST自動化學院自動化學院電源模塊單獨供電

54、電源模塊單獨供電供電方式：供電方式： 1 1采用采用DC-DCDC-DC電源電路模塊電源電路模塊(DC-DC(DC-DC電源電路由電源電路由電源模塊及相關濾波元件組成電源模塊及相關濾波元件組成) )；DC-DCDC-DC電源電路由電源電路由電源模塊及相關濾波元件組成。電源模塊及相關濾波元件組成。 2 2采用三端穩壓集成塊如采用三端穩壓集成塊如78057805、79057905、78127812、79127912等組成的穩壓電源單獨供電。等組成的穩壓電源單獨供電。NUST自動化學院自動化學院單獨供電的優點單獨供電的優點 1 1各電源模塊單獨對相應電路進行電壓過載保各電源模塊單獨對相應電路進行電壓

55、過載保護，不會因某個穩壓器的故障而使全系統癱瘓；護，不會因某個穩壓器的故障而使全系統癱瘓； 2 2有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，提高供電系統的可靠性，有利于電源的相互耦合，提高供電系統的可靠性，有利于電源的散熱；的散熱； 3 3總線上電壓的變化，不會影響板卡上電壓，總線上電壓的變化，不會影響板卡上電壓，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自動化學院自動化學院4 4、供電系統要合理布線、供電系統要合理布線 布線時，電源的引入線、輸出線及公共線采取布線時，電源的引入線、輸出線及公共線采取的抗干擾措施：的抗干

56、擾措施： 1 1） 電源前面的一段布線電源前面的一段布線 從電源引入口，經開關器件至濾波器的布線盡從電源引入口，經開關器件至濾波器的布線盡量用粗導線。量用粗導線。NUST自動化學院自動化學院 2 2電源后面的一段布線電源后面的一段布線 采用雙絞線，雙絞線的絞距要小。如導線較采用雙絞線，雙絞線的絞距要小。如導線較粗，無法扭絞時，應把線間的距離縮到最短；粗，無法扭絞時，應把線間的距離縮到最短； 交流線、直流穩壓電源線、邏輯信號線和模交流線、直流穩壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、繼電器等感性負載驅動線、非穩壓的直擬信號線、繼電器等感性負載驅動線、非穩壓的直流線均應分開布線。流線均應分開布線。NUS

57、T自動化學院自動化學院 3 3） 電路的公共線電路的公共線 電路中盡量避免公共線，在公共線上，某一電路中盡量避免公共線，在公共線上，某一負載的變化引起的壓降，都會影響其它負載；負載的變化引起的壓降，都會影響其它負載； 公共線不能避免時，必須把公共線加粗，以公共線不能避免時，必須把公共線加粗，以降低阻抗。降低阻抗。 NUST自動化學院自動化學院七、印刷電路板抗干擾七、印刷電路板抗干擾印刷電路板的特點：印刷電路板的特點： 1 1器件、信號線、電源線的高度集合體；器件、信號線、電源線的高度集合體； 2 2印刷電路板設計的好壞，對抗干擾能力影響印刷電路板設計的好壞，對抗干擾能力影響很大；很大； 3 3

58、必須符合抗干擾的設計原則。必須符合抗干擾的設計原則。NUST自動化學院自動化學院印刷電路板常用抗干擾措施印刷電路板常用抗干擾措施 1 1、合理布置印制電路板上的器件、合理布置印制電路板上的器件 2 2、合理分配印刷電路板插腳、合理分配印刷電路板插腳 3 3、印刷電路板合理布線、印刷電路板合理布線 4 4、電源線的布置、電源線的布置 5 5、印刷電路板的接地線設計、印刷電路板的接地線設計 6 6、印刷電路板的屏蔽、印刷電路板的屏蔽 7 7、去耦電容器的配置、去耦電容器的配置 NUST自動化學院自動化學院1 1、合理布置印制電路板上的器件、合理布置印制電路板上的器件 基本原則：基本原則： 1 1器

59、件間電氣干擾小器件間電氣干擾小 2 2易于散熱易于散熱NUST自動化學院自動化學院減小電氣干擾的方法減小電氣干擾的方法 1 1將器件按功率大小及抗干擾能力的強弱分類將器件按功率大小及抗干擾能力的強弱分類集中布置；集中布置； 2 2大功率強電器件作為一類集中布置大功率強電器件作為一類集中布置( (電源變電源變壓器和輸出驅動器件等壓器和輸出驅動器件等) )； 3 3數字邏輯器件作為一類集中布置；數字邏輯器件作為一類集中布置；NUST自動化學院自動化學院 4 4易受干擾的模擬器件作為一類集中布置；易受干擾的模擬器件作為一類集中布置； 5 5各類器件之間應盡量遠離，防止相互干擾；各類器件之間應盡量遠離

60、，防止相互干擾； 6 6每一類器件又可按照減小電氣干擾原則再進每一類器件又可按照減小電氣干擾原則再進一步分類布置。一步分類布置。NUST自動化學院自動化學院散熱的措施散熱的措施 緣由：使電路穩定可靠地工作；緣由：使電路穩定可靠地工作； 方法：方法： 1 1發熱元器件要考慮通風散熱，必要時要安裝發熱元器件要考慮通風散熱，必要時要安裝散熱器；散熱器； 2 2發熱元器件要分散布置，不能集中；發熱元器件要分散布置，不能集中； 3 3對熱敏感元器件要遠離發熱元器件或進行熱對熱敏感元器件要遠離發熱元器件或進行熱屏蔽；屏蔽；NUST自動化學院自動化學院2 2、合理分配印刷電路板插腳、合理分配印刷電路板插腳