智能儀器的準確性和可靠性設計揭秘線路干擾的抑制電源干擾的抑制軟件抗干擾干擾的途徑干擾源存在于儀表內(nèi)、外部都有可能存在。儀表外部大功率用電設備，大功率變壓器，電力網(wǎng)等都是干擾源儀表內(nèi)部電源變壓器，線圈，繼電器，開關(guān)以及電源線等。1、信號源與儀表之間的連接導線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。2、干擾源通過電容的耦合在回路中形成干擾，它是兩電場相互作用的結(jié)果。干擾的途徑3、大地中各個不同點之間往往存在電位差，尤其在大功率用電設備附近，當這些設備的絕緣性能下降時，電位差更大。4、當儀表的橋路電源接地時，除橋路輸出不平衡信號電壓以外，信號線對地還有一公共電壓，該公共電壓不是所要測量的信號電壓，而是共模干擾的一種表現(xiàn)。線路干擾的形式導線傳輸時，干擾的二種形態(tài)：共模干擾和差模干擾差模干擾差模信號是在兩根導線分別做為往返線路傳輸，又稱串模干擾。共模干擾共模信號是以兩根導線做去路，地線做返回路傳輸。差模干擾和共摸干擾的識別差模干擾共模干擾從干擾源判斷雷電、附近產(chǎn)生的電弧、附近的電臺或其它大功率輻射裝置在電纜上產(chǎn)生的干擾----共摸干擾同一路電力線上工作的馬達、開關(guān)電源、可控硅等會在電源線上產(chǎn)生干擾----差模干擾差模干擾和共摸干擾的識別從頻率上判斷差模干擾頻率比較低，主要集中在1MHz以下為主；共摸干擾主要集中在5MHz以上為主。共摸干擾通過空間感應到電纜上，這種感應只有在較高頻率才容易發(fā)生。例外：當電纜從很強的磁場輻射源（開關(guān)電源）旁邊通過時，也會感應上頻率較低的共摸干擾。干擾的形式來自外界或電路其它部分的干擾電磁波在電纜與“地”的回路中感應產(chǎn)生的；系統(tǒng)中“地”電位不一致；（地線電阻不等于0）模擬信號系統(tǒng)對地的漏阻抗共模干擾的來源干擾的形式共模干擾共模抑制比：反映共模干擾的抑制能力

共模干擾電壓共模干擾轉(zhuǎn)換成串模干擾電壓如果電路不平衡，在電纜中不同導線上的共模干擾電流的幅度、相位發(fā)生差異時，共模干擾則會轉(zhuǎn)變成差模干擾。共模干擾單端對地輸入雙端不對地輸入被測信號有單端對地和雙端不對地兩種輸入方式。智能儀器的抗干擾具體措施單端對地輸入方式，Ucm1=Ucm，CMRR=0，無共模干擾抑制能力。干擾的形式對于雙端不對地的信號輸入方式，共模干擾電壓Ucm在A，B兩端產(chǎn)生的共模電壓分別為：

在A、B之間產(chǎn)生的等效串模干擾電壓Un為：干擾的形式若Zs1=Zs2,Zc1=Zc2，則UAB=0，不會引入共模干擾。但實際上無法滿足，總存在一定的共模干擾電壓。當Zs1和Zs2越小，Zc1和Zc2越大，且Zc1和Zc2越接近時，共模干擾的影響就越小。一般情況下，共模干擾電壓UAB總是轉(zhuǎn)化成一定的串模干擾Un出現(xiàn)在兩個輸入端之間。智能儀器的抗干擾具體措施采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模電壓屏蔽的方法使“模擬地”浮空絕緣阻抗，阻抗值很大為共模電流提供通路在輸入回路中產(chǎn)生共模電流共模干擾的抑制---浮地屏蔽智能儀器的干擾技術(shù)由共模電壓Ucm引入的串模干擾電壓UAB非常弱。共模干擾的抑制--浮地屏蔽智能儀器的抗干擾具體措施共模干擾的抑制---隔離采用雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的前置放大器；利用變壓器或光電耦合器把模擬負載與數(shù)字信號隔離開來；有效的隔離兩個地之間的電聯(lián)系，以及采用被測信號的雙端差動輸入方式。具體的有變壓器隔離、光電隔離等措施。智能儀器的干擾技術(shù)共模干擾的抑制--共模電感共模電感，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開關(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號。共模電感的特點：對共模電流高阻抗，對差模電流（負載電流）無感抗

智能儀器的干擾技術(shù)共模干擾的抑制--共模電感智能儀器的干擾技術(shù)共模干擾的抑制--共模電感當工作電流流過兩個繞向相反線圈時，產(chǎn)生兩個相互抵消的磁場H1、H2，此時工作電流主要受到線圈歐姆電阻以及可忽略不計的工作頻率下小漏電感的阻尼。如果干擾信號流過線圈時，線圈即呈現(xiàn)高阻抗，產(chǎn)生很強的阻尼效果，達到衰減干擾信號的目的。智能儀器的抗干擾具體措施差模干擾的抑制儀表輸入端加濾波電路選擇器件雙積分AD轉(zhuǎn)換器。如MC14433?？垢蓴_能力強的邏輯器件。盡早對被測信號進行前置放大，提高信噪比盡早的完成模數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離、屏蔽等措施良好的電磁屏蔽使用屏蔽電線或屏蔽電纜，屏蔽層采取一端接地的方式信號線遠離強電磁場，不要與動力線太近電磁感應的串模干擾前提是減小共模干擾智能儀器的抗干擾具體措施差模干擾的抑制差模電感（差模線圈）繞在一個鐵心上的一個線圈差模電感對于差模電流表現(xiàn)為高阻抗，對共模電流表現(xiàn)為零阻抗，它在電路中的作用是濾除電路當中的差模信號。智能儀器的干擾具體措施智能儀器的抗干擾具體措施安規(guī)電容安規(guī)電容主要有兩大類：X安規(guī)電容，Y安規(guī)電容器。X系列安規(guī)電容即是金屬化薄膜型安規(guī)電容器。

按耐壓等級不同可分為X1、X2、X3。（uF級）X1耐高壓＞2.5kV，≤4kV，需求不是太多X2耐高壓≤2.5kV，使用量最大。Y系列安規(guī)電容（nF級）安規(guī)Y1額定電壓是500VAC，耐壓可以達到4000VAC；安規(guī)Y2額定電壓為500VAC，耐壓達到1800-2600VAC。智能儀器的抗干擾具體措施安規(guī)電容安規(guī)電容一般放置在開關(guān)電源輸入的接口處，主要是安全和EMC兩方面考慮。用法一:X電容跨接在開關(guān)電源輸入線路之間用于抑制差模干擾，改善EMC性能。用法二:X電容與電阻并聯(lián)后串聯(lián)在電源輸入接口處，用于阻容降壓。X電容的用法：智能儀器的抗干擾具體措施差模干擾的抑制差模電感L1、L2與X電容串聯(lián)構(gòu)成回路。差模電感L特性：通低頻阻高頻，對高頻差模干擾；X電容的特性：通高頻阻低頻，對頻率較高的差模信號容抗較低，使得差模信號被短路，無法進入到后續(xù)電路。智能儀器的干擾技術(shù)又談干擾三要素干擾源耦合途徑受擾對象干擾性質(zhì)電壓型干擾源空間分布電容附近的導體共模性質(zhì)電流型干擾源空間分布電感附近的回路差模性質(zhì)電場耦合：磁場耦合：智能儀器的干擾技術(shù)分布電容形成干擾的機理干擾源：脈沖功率電壓、交流高壓耦合途徑：分布電容受擾對象：附近的導體干擾性質(zhì)：穿透分布電容的共模電流智能儀器的干擾技術(shù)分布電感形成干擾的機理干擾源：脈沖功率電流、大交流電流耦合途徑：空間電感受擾對象：附近的回路干擾性質(zhì)：差模電動勢e結(jié)論：減小互感耦合的辦法減小受擾回路的面積S增加距離d減小u--磁屏蔽

由于變壓器的初級繞組接市電電網(wǎng)上，電網(wǎng)上的各種干擾會通過感應耦合等進入儀器系統(tǒng)。

儀器內(nèi)部各單元電路由于電源公用，它們之間通過電源線也會產(chǎn)生相互干擾。智能儀器的干擾技術(shù)電源干擾類型電源線中的高頻干擾；感性負載產(chǎn)生的瞬變噪聲；晶閘管通斷時產(chǎn)生的干擾；電網(wǎng)電壓的短時下降干擾。

由于變壓器的初級繞組接市電電網(wǎng)上，電網(wǎng)上的各種干擾會通過感應耦合等進入儀器系統(tǒng)。

儀器內(nèi)部各單元電路由于電源公用，它們之間通過電源線也會產(chǎn)生相互干擾。電源干擾的抑制電源干擾引起電源電壓異常的情況包括過壓、欠壓、瞬時停電（秒級）；浪涌和跌落（毫秒級）；瞬變脈沖（數(shù)百微秒級）；尖峰脈沖（微秒級）直流電源干擾的抑制智能儀器內(nèi)部各個單元電路一般采用直流電源供電。直流電產(chǎn)生電網(wǎng)的交流電變壓

整流

濾波

穩(wěn)壓直流電電源干擾的抑制直流電源系統(tǒng)的干擾整流電流輸出脈動電壓：脈動電壓本身就是干擾。負載電流波動引起電源電壓波動--干擾信號空間電磁波干擾變壓器電磁干擾電源干擾的抑制

電源抑制方法主要有濾波法、隔離法和吸收法等。（1）濾波法在電源的輸入端加入抗干擾濾波器，用于消除或降低傳導干擾。電源干擾的抑制濾波電容的作用①

電源直流輸出平穩(wěn)；②

降低了交變脈動波紋對電子電路的影響；③

吸收電子電路工作過程中產(chǎn)生的電流波動和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。電源干擾的抑制濾波電容的選擇穩(wěn)定輸出電源干擾的抑制濾波電容的選擇考慮極性與耐壓耐壓值不低于實際電壓的1.2倍耐壓不足會漏電，電容發(fā)熱甚至爆炸。考慮容量容量太小，電源波動大，紋波電壓對電路信號干擾大橋式整流電源的濾波電容：

（IA/UV）×20000（uF）

可取計算值的1~3倍電源干擾的抑制濾波電容的選擇考慮分布電感的影響考慮電容的體積大小兩個極板間產(chǎn)生分布電感頻率很低時，電感對電路沒有影響。高頻時，電解電容的分布電感不利于中高頻濾波。解決方法實現(xiàn)高頻濾波電源干擾的抑制（2）隔離法

電源干擾的抑制采用帶屏蔽層的隔離變壓器。

共模干擾是一種相對于大地的干擾，主要通過變壓器繞組間的耦合電容來傳遞。

如果在初、次級間用屏蔽層進行隔離并使之良好接地，便能使干擾電壓通過屏蔽層旁路掉，從而減小輸出端的干擾電壓。

主要采用吸波器件將尖峰干擾電壓吸收掉。

(3）吸收法吸波器件特點在閾值電壓以下呈現(xiàn)高阻抗，而一旦超過閾值電壓，阻抗便急劇下降，因此對尖峰電壓有一定的抑制作用。吸波器件

壓敏電阻、氣體放電管、TVS管（瞬變電壓抑制二極管）、固體放電管等。

電源干擾的抑制交流電源系統(tǒng)抗干擾設計電源與電網(wǎng)干擾的抑制抑制高頻干擾減小其他各種干擾交流電路的濾波電容安規(guī)電容：X電容和Y電容X電容：高頻濾波--差模濾波Y電容：高頻濾波--共模濾波交流電源系統(tǒng)抗干擾設計智能儀器的抗干擾具體措施電源與電網(wǎng)干擾的抑制交流電源系統(tǒng)的不中斷供電采用不間斷電源即UPS向系統(tǒng)供電。智能儀器的軟件抗干擾措施軟件系統(tǒng)可靠性的主要標志是軟件是否真實而準確地完成了欲實現(xiàn)的各種功能。提高軟件可靠性的主要途徑之一：軟件編寫規(guī)范化、標準化和模塊化，把復雜問題都化成若干較為簡單明確的小任務。軟件抗干擾的主要研究內(nèi)容：CPU的抗干擾

輸入輸出通道的抗干擾

系統(tǒng)的恢復智能儀器的軟件抗干擾措施1.程序運行的監(jiān)視系統(tǒng)看門狗（watchdogtimer,WDT）作用：防止程序“跑飛”/video/BV1mY411P7GF?spm_id_from=333.337.search-card.all.clickCPU抗干擾原理：在一定時間內(nèi)被復位的計數(shù)器?！氨还芬А碑斂撮T狗啟動后，計數(shù)器開始自動計數(shù)，經(jīng)過一定時間，如果沒有被復位，計數(shù)器溢出就會對CPU產(chǎn)生一個復位信號使系統(tǒng)重啟。智能儀器的軟件抗干擾措施1.程序運行的監(jiān)視系統(tǒng)看門狗（watchdogtimer,WDT）作用：防止程序“跑飛”CPU抗干擾原理：在一定時間內(nèi)被復位的計數(shù)器?！拔构贰毕到y(tǒng)正常運行時，在看門狗允許的時間間隔內(nèi)對看門狗計數(shù)器清零，不讓復位信號產(chǎn)生。如果系統(tǒng)不出問題，程序保證按時“喂狗”，一旦程序跑飛，沒有“喂狗”，系統(tǒng)“被咬”復位。智能儀器的軟件抗干擾措施1.程序運行的監(jiān)視系統(tǒng)看門狗（watchdogtimer,WDT）步驟：①設置“看門狗”相關(guān)寄存器，啟動看門狗

②

隔一段時間清零一次，“喂狗”

③

程序正常一直運行；程序出錯，沒有按時喂狗“看門狗”溢出系統(tǒng)復位。CPU抗干擾/html/2019/0116/6053003053002002.shtm智能儀器的軟件抗干擾措施1.程序運行的監(jiān)視系統(tǒng)看門狗（watchdogtimer,WDT）CPU抗干擾對電容進行放電，到達閾值前再次充電，保證電路不輸出復位信號。1引腳為低電平，3引腳為高電平，電容C充電，5、6引腳為高電平，4引腳為低電平。不復位----“喂狗”操作智能儀器的軟件抗干擾措施1.程序運行的監(jiān)視系統(tǒng)看門狗（watchdogtimer,WDT）CPU抗干擾在C放電至閾值期間，給1引腳一個低電平，保證4引腳持續(xù)輸出低電平。1引腳為高電平，3引腳為低電平，電容C放電。當C電位低于閾值時，5、6引腳為低電平，4引腳為高電平。-----復位。智能儀器的軟件抗干擾措施CPU抗干擾2.掉電保護在電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然降低時，防止實時數(shù)據(jù)丟失，防止系統(tǒng)出現(xiàn)混亂。硬件組成：電源電壓監(jiān)測、后備電池和低功耗RAM軟件組成：掉電中斷子程序掉電發(fā)生時，Vr<VW,比較器輸出低電平，發(fā)出掉電信息，CPU響應中斷，系統(tǒng)進入掉電保護。智能儀器的軟件抗干擾措施CPU抗干擾2.掉電保護以51單片機為例：PCON寄存器的PD=1，單片機進入掉電模式。掉電模式下，時鐘振蕩器的信號被封鎖，振蕩器停止工作，所有部件均停止工作。片內(nèi)RAM和SFR的內(nèi)容被保留。智能儀器的軟件抗干擾措施軟件程序的抗干擾軟件冗余時間冗余：指令復執(zhí)方法計算機檢出錯誤以后，令當前指令重復運行。程序或硬件控制來實現(xiàn)?；疽螅寒敯l(fā)現(xiàn)錯誤時，能準確保留現(xiàn)行指令的地址，以便重新取出執(zhí)行現(xiàn)行指令使用的初始數(shù)據(jù)必須保留，以便重新執(zhí)行時使用。執(zhí)行過程類似于程序中斷次數(shù)控制時間控制智能儀器的軟件抗干擾措施軟件程序的抗干擾軟件冗余時間冗余：程序卷回方法一段程序重復執(zhí)行。將程序分成若干小段，卷回時也就卷回一小段，而不是卷回到