第三章硬件抗干擾技術(shù)談英姿tanyz@東南大學(xué)自控系工業(yè)自動化教研室1/4/20231

第三章硬件抗干擾技術(shù)談英姿12/29/20221主要硬件抗干擾技術(shù)接地屏蔽濾波2主要硬件抗干擾技術(shù)接地2接地為什么要地線地線問題－地環(huán)路地線問題－公共阻抗耦合接地方式種類電纜屏蔽層的接地

3接地為什么要地線3安全地220V0V+++++4安全地220V0V+++++4信號地定義：信號電流流回信號源的低阻抗路徑5信號地定義：信號電流流回信號源的低阻抗路徑5地線引發(fā)干擾問題的原因V=IR地線電壓地線是等電位的假設(shè)不成立電流走最小阻抗路徑我們并不知道地電流的確切路徑地電流失去控制6地線引發(fā)干擾問題的原因V=IR地線電壓地線是等電位的假地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV7地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10導(dǎo)線的阻抗Z=RAC+jLL1H/m=1/(frr)1/2

RAC=0.076rf1/2RDCr電流深度0.37II趨膚效應(yīng)8導(dǎo)線的阻抗Z=RAC+jLL1H/m導(dǎo)線的阻抗9導(dǎo)線的阻抗9金屬條與導(dǎo)線的阻抗比較012345678910S/W金屬條阻抗/導(dǎo)線阻抗10金屬條與導(dǎo)線的阻抗比較0地線問題－地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I211地線問題－地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I211隔離變壓器屏蔽層只能接2點！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL12隔離變壓器屏蔽層只能接2點！C2VG12C1屏蔽CPVGVS光隔離器發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp13光隔離器發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp13共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS+VN=R1/LVN/VGRL/（RS+RL）Mf14共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL15平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1地線問題－公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗V~16地線問題－公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗接地方式種類信號接地方式并聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地混合接地多點接地單點接地17接地方式種類信號接地方式并聯(lián)單點接地單點接地123123串聯(lián)單點接地優(yōu)點：簡單缺點：公共阻抗耦合并聯(lián)單點接地優(yōu)點：無公共阻抗耦合缺點：接地線過多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R318單點接地123123串聯(lián)單點接地并聯(lián)單點接地I1I2I3I1串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅(qū)動電路馬達驅(qū)動電路19串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字20線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字20長地線的阻抗設(shè)備Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1=1/2(LC)1/2ZP=(L)2/RRAC

RDC

串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振21長地線的阻抗設(shè)備Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路322多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路322混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流23混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流屏蔽屏蔽的概念電屏蔽磁屏蔽電磁屏蔽實際屏蔽體的問題雙絞線和金屬屏蔽線24屏蔽屏蔽的概念24屏蔽的概念屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳播的一種措施；屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的或帶有非金屬吸收填料的。25屏蔽的概念屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳播的一種措施屏蔽效能屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB26屏蔽效能屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的難度越大。民用設(shè)備的機箱一般僅需要４０ｄＢ左右的屏蔽效能，而軍用設(shè)備的機箱一般需要６０ｄＢ以上的屏蔽效能。

屏蔽前場強屏蔽后的場強衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.99999912027屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的難度越電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為零，而且腔內(nèi)場強也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。28電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為電屏蔽靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導(dǎo)體。由于金屬屏蔽導(dǎo)體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs29電屏蔽靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的，則磁場也隨時間變化，這變化的磁場會對其他元件或電路造成干擾；對于低頻磁場的屏蔽，主要依賴高導(dǎo)磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用30磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RS31高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料32怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr10333磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽電磁波在通過金屬材料或?qū)﹄姶挪ㄓ兴p作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，這就起到了電磁屏蔽的作用。34電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽34趨膚深度舉例35趨膚深度舉例35電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。

36電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽實際屏蔽體的問題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實際機箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等電源線縫隙37實際屏蔽體的問題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實際機縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用38縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用38縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙39縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙39電磁密封襯墊的種類金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導(dǎo)電布40電磁密封襯墊的種類金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)40指形簧片41指形簧片41螺旋管電磁密封襯墊42螺旋管電磁密封襯墊42電磁密封襯墊的主要參數(shù)屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距）最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量）壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開關(guān)次數(shù)）電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）43電磁密封襯墊的主要參數(shù)屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)43各種電磁密封襯墊的特點襯墊種類屏蔽效能彈性永久形變環(huán)境密封價格優(yōu)點不銹鋼螺旋管高好小無低價低鍍錫鈹銅螺旋管很高好小無中屏蔽效能高多重密封螺旋管高好小有較高有環(huán)境密封、耐久指形簧片高好小無高壓縮最大、允許切向滑動接觸空心金屬網(wǎng)套低頻高高頻中等好較小無中需要的壓力小橡膠芯金屬網(wǎng)套低頻高高頻中等好小無低價低傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高差大有高有環(huán)境密封、高頻屏蔽好雙重導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高好小有低有環(huán)境密封、高頻屏蔽好、價低定向金屬絲導(dǎo)電橡膠低頻高高頻低好小有低有環(huán)境密封、價低44各種電磁密封襯墊的特點襯墊種類屏蔽效能彈性永久形變環(huán)境密封價電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封45電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封45顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器46顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器46操作器件的處理屏蔽體上開小孔用隔離艙將操作器件隔離出47操作器件的處理屏蔽體上開小孔用隔離艙將操作器件隔離出47通風(fēng)口的處理穿孔金屬板48通風(fēng)口的處理穿孔金屬板48屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處理，保持360度連接注意防腐屏蔽互套屏蔽體邊界屏蔽電纜與電纜套360度搭接49屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導(dǎo)線穿過屏蔽體，屏蔽體的屏蔽效能就會大幅度下降。這是因為導(dǎo)線充當(dāng)了接收干擾和輻射干擾的天線。當(dāng)有導(dǎo)線要穿過屏蔽體時，必須使用貫通濾波器，如圖所示。這樣可以將導(dǎo)線接收到的干擾濾除到屏蔽體上，從而避免干擾穿過屏蔽體。50屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過，屏蔽效能再高搭接

電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：電纜屏蔽層與機箱之間搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接濾波器與機箱之間的搭接不同機箱之間的地線搭接51搭接電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：5搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干擾電流路徑52搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干擾電流路搭接不良的機箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!53搭接不良的機箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!5搭接阻抗的測量機柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點VIZ=V/I54搭接阻抗的測量機柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點V不同的搭接條55不同的搭接條55頻率不同搭接方式不同56頻率不同搭接方式不同56搭接點的保護57搭接點的保護57雙絞線和金屬屏蔽線抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線；抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線58雙絞線和金屬屏蔽線抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線；58金屬屏蔽線59金屬屏蔽線59雙絞線的節(jié)距60雙絞線的節(jié)距60雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在5米以下61雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在5米以下61雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在10米以上62雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在10米以上62屏蔽線的抗干擾原理屏蔽層不接地：VN=VS=V1[C1S/(C1S+C2G)]，與無屏蔽相同屏蔽層接地時：VN=VS=0，具有理想的屏蔽效果C1sC1GC2GC1GC2GC1sVsV1V1VsC2S63屏蔽線的抗干擾原理屏蔽層不接地：VN=VS=V1[屏蔽要點靜電屏蔽應(yīng)具有兩個基本要點，即完善的屏蔽體和良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電連續(xù)性，對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。在實際的屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機箱的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導(dǎo)電橡膠、雙重導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠等。64屏蔽要點靜電屏蔽應(yīng)具有兩個基本要點，即完善的屏蔽體和良濾波濾波器的作用濾波器的種類信號濾波器的安裝位置濾波器的正確安裝65濾波濾波器的作用65濾波器的概念無源濾波器有源濾波器數(shù)字濾波器衰減系數(shù)66濾波器的概念無源濾波器66濾波器的作用信號濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。67濾波器的作用信號濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號線或電源線傳播滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求68滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求68滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求信號線濾波器干擾源69滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求信號線濾波器干擾源69開關(guān)電源噪聲

50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）

開關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）70開關(guān)電源噪聲50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率71濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率7低通濾波器類型CTL反72低通濾波器類型CTL反72濾波器的選擇根據(jù)阻抗選用濾波電路器件參數(shù)的確定低通濾波器對脈沖信號的影響73濾波器的選擇73根據(jù)阻抗選用濾波電路源阻抗電路結(jié)構(gòu)負載阻抗高C、、多級高高

、多級低低反、多級反高低L、多級L低規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻74根據(jù)阻抗選用濾波電路源阻抗電路結(jié)構(gòu)負載器件參數(shù)的確定LCRRL=R/2FCC=1/2RFC對于T形（多級T）和形（多級）電路，最外邊的電感或電容取L/2和C/2，中間的不變。75器件參數(shù)的確定LCRRL=R/2FC實際電容器的特性ZC實際電容理想電容f引線長1.6mm的陶瓷電容器電容量諧振頻率(MHZ)1F1.70.1F40.01F12.6

3300pF19.31100pF33680pF42.5330pF601/2LCCL76實際電容器的特性ZC實際電容理想電容f引線長1.6mm的陶瓷陶瓷電容諧振頻率1nf1M100k1010.110k1k10010Hz1001k10k100k1M10M100M1G阻抗100pf10nf100nf10f1f10mf100f1m10cm1cm1mm77陶瓷電容諧振頻率1nf1M100k1010.110k1k10溫度對陶瓷電容容量的影響0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C78溫度對陶瓷電容容量的影響0.15-0.150-551255-電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-80020406080100

%額定電壓（Vdc）%C79電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40實際電感器的特性ZL理想電感實際電感f電感量（H）諧振頻率

(MHZ)3.4458.828685.7

1252.65001.2

繞在鐵粉芯上的電感1/2LCLC80實際電感器的特性ZL理想電感實際電感f電感量諧振頻率電感寄生電容的來源每圈之間的電容CTT導(dǎo)線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導(dǎo)體時，CTC為主要因素，磁芯為非導(dǎo)體時，CTT為主要因素。81電感寄生電容的來源每圈之間的電容CTT磁芯為導(dǎo)體時，CTC克服電容非理想性的方法衰減電容并聯(lián)LC并聯(lián)電感并聯(lián)小電容大電容并聯(lián)電容頻率大容量小容量82克服電容非理想性的方法衰減電容并聯(lián)LC并聯(lián)三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一個T形低通濾波器在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好地線電感起著不良作用三端電容普通電容30701GHz20604083三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一個T形低通濾波器地三端電容的正確使用接地點要求：1干凈地2與機箱或其它較大的金屬件射頻搭接84三端電容的正確使用接地點要求：84三端電容器的不足寄生電容造成輸入端、輸出端耦合接地電感造成旁路效果下降85三端電容器的不足寄生電容造成輸入端、輸出端耦合接地電感造成旁穿心電容更勝一籌金屬板隔離輸入輸出端一周接地電感很小86穿心電容更勝一籌金屬板隔離輸入輸出端一周接地電感很小86穿心電容、饋通濾波器以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器87穿心電容、饋通濾波器以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器87饋通濾波器使用注意事項必須安裝在金屬板上，并在一周接地最好焊接，螺紋安裝時要使用帶齒墊片焊接時間不能過長上緊螺紋時扭矩不能過大88饋通濾波器使用注意事項必須安裝在金屬板上，并在一周接地88線路板上使用饋通濾波器線路板地線面上面底面89線路板上使用饋通濾波器線路板地線面上面底面89減小電感寄生電容的方法然后：起始端與終止端遠離（夾角大于40度）盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時，采用“漸進”方式繞，不要來回繞分組繞制（要求高時，用大電感和小電感串聯(lián)起來使用）如果磁芯是導(dǎo)體，首先：用介電常數(shù)低的材料增加繞組導(dǎo)體與磁芯之間的距離90減小電感寄生電容的方法然后：如果磁芯是導(dǎo)體，首先：90共模扼流圈共模扼流圈中的負載電流產(chǎn)生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會飽和。91共模扼流圈共模扼流圈中的負載電流產(chǎn)生的磁場相互抵銷，因此磁芯電感磁芯的選用鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用錳鋅：r=500~10000，R=0.1~100m鎳鋅：r=10~100，R=1k~1Mm超微晶：r>10000，做大電感量共模扼流圈的磁心92電感磁芯的選用鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁干擾抑制用鐵氧體Z=jL+R

RZLR(f)1MHz10MHz100MHz1000MHz93干擾抑制用鐵氧體Z=jL+RRZLR(f)1低通濾波器對脈沖信號的影響94低通濾波器對脈沖信號的影響94信號濾波器的安裝位置板上濾波器無屏蔽的場合濾波器靠近被濾波導(dǎo)線的靠近器件或線路板一端。有屏蔽的場合：在屏蔽界面上95信號濾波器的安裝位置板上濾波器無屏蔽的場合濾波器靠近被濾波導(dǎo)板上濾波器的注意事項濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機箱或大金屬板緊密搭接為濾波設(shè)置干凈地在接口處設(shè)置檔板濾波器靠近接口96板上濾波器的注意事項濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機箱面板上濾波的簡易（臨時）方法容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡毷娙荩€盡量短97面板上濾波的簡易（臨時）方法容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡毷娙荩娎|濾波的方法屏蔽盒饋通濾波器連接器98電纜濾波的方法屏蔽盒饋通濾波器連接器98自制面板濾波器濾波電路可以按照需要設(shè)計，但是至少有一級饋通濾波器連接器按照需要選擇，也可以是引線錫焊，保證完全隔離螺紋盲孔99自制面板濾波器濾波電路可以按照需要設(shè)計，但是至少有一級饋通濾面板安裝濾波器注意事項濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！100面板安裝濾波器注意事項濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！使用形濾波器的注意事項濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干擾電流路徑101使用形濾波器的注意事項濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干濾波器的正確安裝濾波器PCB電源PCB濾波電路102濾波器的正確安裝濾PCB電源PCB濾波電路102濾波器安裝在線路板的問題電源線泄漏嚴(yán)重機箱內(nèi)干擾103濾波器安裝在線路板的問題電源線泄漏嚴(yán)重機箱內(nèi)干擾103線路板上濾波的改進方法電源線無泄漏機箱內(nèi)干擾被濾波器擋住被濾波器旁路掉面板濾波器104線路板上濾波的改進方法電源線無泄漏機箱內(nèi)干擾被濾波器擋住被濾電源線濾波器的錯誤安裝PCB濾波器濾波器輸入線過長輸入、輸出耦合PCB105電源線濾波器的錯誤安裝PCB濾波器濾波器輸入線過長輸入、輸出電源線濾波器的錯誤安裝濾波器絕緣漆PCB濾波器通過細線接地，高頻效果很差！接地線106電源線濾波器的錯誤安裝濾波器絕緣漆PCB濾波器通過細線接地，這樣試一試機箱外機箱內(nèi)屏蔽箱107這樣試一試機箱外機箱內(nèi)屏蔽箱107還要注意的一個小問題108還要注意的一個小問題108

第三章硬件抗干擾技術(shù)談英姿tanyz@東南大學(xué)自控系工業(yè)自動化教研室1/4/2023109

第三章硬件抗干擾技術(shù)談英姿12/29/20221主要硬件抗干擾技術(shù)接地屏蔽濾波110主要硬件抗干擾技術(shù)接地2接地為什么要地線地線問題－地環(huán)路地線問題－公共阻抗耦合接地方式種類電纜屏蔽層的接地

111接地為什么要地線3安全地220V0V+++++112安全地220V0V+++++4信號地定義：信號電流流回信號源的低阻抗路徑113信號地定義：信號電流流回信號源的低阻抗路徑5地線引發(fā)干擾問題的原因V=IR地線電壓地線是等電位的假設(shè)不成立電流走最小阻抗路徑我們并不知道地電流的確切路徑地電流失去控制114地線引發(fā)干擾問題的原因V=IR地線電壓地線是等電位的假地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV115地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10導(dǎo)線的阻抗Z=RAC+jLL1H/m=1/(frr)1/2

RAC=0.076rf1/2RDCr電流深度0.37II趨膚效應(yīng)116導(dǎo)線的阻抗Z=RAC+jLL1H/m導(dǎo)線的阻抗117導(dǎo)線的阻抗9金屬條與導(dǎo)線的阻抗比較012345678910S/W金屬條阻抗/導(dǎo)線阻抗118金屬條與導(dǎo)線的阻抗比較0地線問題－地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I2119地線問題－地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I211隔離變壓器屏蔽層只能接2點！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL120隔離變壓器屏蔽層只能接2點！C2VG12C1屏蔽CPVGVS光隔離器發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp121光隔離器發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp13共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS+VN=R1/LVN/VGRL/（RS+RL）Mf122共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL123平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1地線問題－公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗V~124地線問題－公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗接地方式種類信號接地方式并聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地混合接地多點接地單點接地125接地方式種類信號接地方式并聯(lián)單點接地單點接地123123串聯(lián)單點接地優(yōu)點：簡單缺點：公共阻抗耦合并聯(lián)單點接地優(yōu)點：無公共阻抗耦合缺點：接地線過多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3126單點接地123123串聯(lián)單點接地并聯(lián)單點接地I1I2I3I1串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅(qū)動電路馬達驅(qū)動電路127串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字128線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字20長地線的阻抗設(shè)備Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1=1/2(LC)1/2ZP=(L)2/RRAC

RDC

串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振129長地線的阻抗設(shè)備Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3130多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路322混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流131混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流屏蔽屏蔽的概念電屏蔽磁屏蔽電磁屏蔽實際屏蔽體的問題雙絞線和金屬屏蔽線132屏蔽屏蔽的概念24屏蔽的概念屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳播的一種措施；屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的或帶有非金屬吸收填料的。133屏蔽的概念屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳播的一種措施屏蔽效能屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB134屏蔽效能屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的難度越大。民用設(shè)備的機箱一般僅需要４０ｄＢ左右的屏蔽效能，而軍用設(shè)備的機箱一般需要６０ｄＢ以上的屏蔽效能。

屏蔽前場強屏蔽后的場強衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.999999120135屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的難度越電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為零，而且腔內(nèi)場強也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。136電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為電屏蔽靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導(dǎo)體。由于金屬屏蔽導(dǎo)體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs137電屏蔽靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的，則磁場也隨時間變化，這變化的磁場會對其他元件或電路造成干擾；對于低頻磁場的屏蔽，主要依賴高導(dǎo)磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用138磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RS139高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料140怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr103141磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽電磁波在通過金屬材料或?qū)﹄姶挪ㄓ兴p作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，這就起到了電磁屏蔽的作用。142電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽34趨膚深度舉例143趨膚深度舉例35電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。

144電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽實際屏蔽體的問題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實際機箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等電源線縫隙145實際屏蔽體的問題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實際機縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用146縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用38縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙147縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙39電磁密封襯墊的種類金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導(dǎo)電布148電磁密封襯墊的種類金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)40指形簧片149指形簧片41螺旋管電磁密封襯墊150螺旋管電磁密封襯墊42電磁密封襯墊的主要參數(shù)屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距）最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量）壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開關(guān)次數(shù)）電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）151電磁密封襯墊的主要參數(shù)屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)43各種電磁密封襯墊的特點襯墊種類屏蔽效能彈性永久形變環(huán)境密封價格優(yōu)點不銹鋼螺旋管高好小無低價低鍍錫鈹銅螺旋管很高好小無中屏蔽效能高多重密封螺旋管高好小有較高有環(huán)境密封、耐久指形簧片高好小無高壓縮最大、允許切向滑動接觸空心金屬網(wǎng)套低頻高高頻中等好較小無中需要的壓力小橡膠芯金屬網(wǎng)套低頻高高頻中等好小無低價低傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高差大有高有環(huán)境密封、高頻屏蔽好雙重導(dǎo)電橡膠低頻低高頻高好小有低有環(huán)境密封、高頻屏蔽好、價低定向金屬絲導(dǎo)電橡膠低頻高高頻低好小有低有環(huán)境密封、價低152各種電磁密封襯墊的特點襯墊種類屏蔽效能彈性永久形變環(huán)境密封價電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封153電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封45顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器154顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器46操作器件的處理屏蔽體上開小孔用隔離艙將操作器件隔離出155操作器件的處理屏蔽體上開小孔用隔離艙將操作器件隔離出47通風(fēng)口的處理穿孔金屬板156通風(fēng)口的處理穿孔金屬板48屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處理，保持360度連接注意防腐屏蔽互套屏蔽體邊界屏蔽電纜與電纜套360度搭接157屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導(dǎo)線穿過屏蔽體，屏蔽體的屏蔽效能就會大幅度下降。這是因為導(dǎo)線充當(dāng)了接收干擾和輻射干擾的天線。當(dāng)有導(dǎo)線要穿過屏蔽體時，必須使用貫通濾波器，如圖所示。這樣可以將導(dǎo)線接收到的干擾濾除到屏蔽體上，從而避免干擾穿過屏蔽體。158屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導(dǎo)線穿過，屏蔽效能再高搭接

電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：電纜屏蔽層與機箱之間搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接濾波器與機箱之間的搭接不同機箱之間的地線搭接159搭接電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：5搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干擾電流路徑160搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實際干擾電流路搭接不良的機箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!161搭接不良的機箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!5搭接阻抗的測量機柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點VIZ=V/I162搭接阻抗的測量機柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點V不同的搭接條163不同的搭接條55頻率不同搭接方式不同164頻率不同搭接方式不同56搭接點的保護165搭接點的保護57雙絞線和金屬屏蔽線抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線；抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線166雙絞線和金屬屏蔽線抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線；58金屬屏蔽線167金屬屏蔽線59雙絞線的節(jié)距168雙絞線的節(jié)距60雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在5米以下169雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在5米以下61雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在10米以上170雙絞線的接地與傳送距離傳送距離在10米以上62屏蔽線的抗干擾原理屏蔽層不接地：VN=VS=V1[C1S/(C1S+C2G)]，與無屏蔽相同屏蔽層接地時：VN=VS=0，具有理想的屏蔽效果C1sC1GC2GC1GC2GC1sVsV1V1VsC2S171屏蔽線的抗干擾原理屏蔽層不接地：VN=VS=V1[屏蔽要點靜電屏蔽應(yīng)具有兩個基本要點，即完善的屏蔽體和良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電連續(xù)性，對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。在實際的屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機箱的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導(dǎo)電橡膠、雙重導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠等。172屏蔽要點靜電屏蔽應(yīng)具有兩個基本要點，即完善的屏蔽體和良濾波濾波器的作用濾波器的種類信號濾波器的安裝位置濾波器的正確安裝173濾波濾波器的作用65濾波器的概念無源濾波器有源濾波器數(shù)字濾波器衰減系數(shù)174濾波器的概念無源濾波器66濾波器的作用信號濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。175濾波器的作用信號濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號線或電源線傳播滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求176滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求68滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求信號線濾波器干擾源177滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求信號線濾波器干擾源69開關(guān)電源噪聲

50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）

開關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）178開關(guān)電源噪聲50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率179濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率7低通濾波器類型CTL反180低通濾波器類型CTL反72濾波器的選擇根據(jù)阻抗選用濾波電路器件參數(shù)的確定低通濾波器對脈沖信號的影響181濾波器的選擇73根據(jù)阻抗選用濾波電路源阻抗電路結(jié)構(gòu)負載阻抗高C、、多級高高

、多級低低反、多級反高低L、多級L低規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻182根據(jù)阻抗選用濾波電路源阻抗電路結(jié)構(gòu)負載器件參數(shù)的確定LCRRL=R/2FCC=1/2RFC對于T形（多級T）和形（多級）電路，最外邊的電感或電容取L/2和C/2，中間的不變。183器件參數(shù)的確定LCRRL=R/2FC實際電容器的特性ZC實際電容理想電容f引線長1.6mm的陶瓷電容器電容量諧振頻率(MHZ)1F1.70.1F40.01F12.6

3300pF19.31100pF33680pF42.5330pF601/2LCCL184實際電容器的特性ZC實際電容理想電容f引線長1.6mm的陶瓷陶瓷電容諧振頻率1nf1M100k1010.110k1k10010Hz1001k10k100k1M10M100M1G阻抗100pf10nf100nf10f1f10mf100f1m10cm1cm1mm185陶瓷電容諧振頻率1nf1M100k1010.110k1k10溫度對陶瓷電容容量的影響0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C186溫度對陶瓷電容容量的影響0.15-0.150-551255-電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-80020406080100

%額定電壓（Vdc）%C187電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40實際電感器的特性ZL理想電感實際電感f電感量（H）諧振頻率

(MHZ)3.4458.828685.7

1252.65001.2

繞在鐵粉芯上的電感1/2LCLC188實際電感器的特性ZL理想電感實際電感f電感量諧振頻率電感寄生電容的來源每圈之間的電容CTT導(dǎo)線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導(dǎo)體時，CTC為主要因素，磁芯為非導(dǎo)體時，CTT為主要因素。189電感寄生電容的來源每圈之間的電容CTT磁芯為導(dǎo)體時，CTC克服電容非理想性的方法衰減電容并聯(lián)LC并聯(lián)電感并聯(lián)小電容大電容并聯(lián)電容頻率大容量小容量190克服電容非理想性的方法衰減電容并聯(lián)LC并聯(lián)三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一個T形低通濾波器在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好地線電感起著不良作用三端電容普通電容