微機(jī)測(cè)控技術(shù)ch7.2.ppt

1 7 2硬件抗干擾技術(shù) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 2 硬件抗干擾的常用措施 1 接地技術(shù)2 屏蔽技術(shù)3 長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_及抑制4 共模干擾的抑制5 差模干擾的抑制6 供電系統(tǒng)抗干擾7 印刷電路板抗干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 3 一 接地技術(shù) 1 接地的基本概念2 接地環(huán)路與共模干擾3 系統(tǒng)接地設(shè)計(jì) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 4 一 接地的基本概念 地 電路或系統(tǒng)中 為各信號(hào)提供參考電位的等電位點(diǎn)或等電位面 接地 將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面之間用低電阻導(dǎo)體連接起來 構(gòu)成基準(zhǔn)電位 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 5 1 測(cè)控系統(tǒng)中的地線種類 1 信號(hào)地檢測(cè)系統(tǒng)中 原始信號(hào)是用傳感器從被測(cè)對(duì)象獲取的 信號(hào)地指?jìng)鞲衅鞅旧淼牧汶娢换鶞?zhǔn)線 2 模擬地模擬信號(hào)的參考點(diǎn) 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(diǎn)連接 3 數(shù)字地?cái)?shù)字信號(hào)的參考點(diǎn) 所有電路的數(shù)字地最終都與供給數(shù)字電路電流的直流電源的參考點(diǎn)相連 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 6 4 負(fù)載地指大功率負(fù)載或感性負(fù)載的地線 當(dāng)大功率負(fù)載被切換時(shí) 地電流中會(huì)出現(xiàn)很大的瞬態(tài)分量 對(duì)低電平的模擬電路乃至數(shù)字電路都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾 這類負(fù)載的地線稱為噪聲地 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 7 5 系統(tǒng)地為避免地線公共阻抗的耦合干擾 模擬地 數(shù)字地 負(fù)載地應(yīng)嚴(yán)格分開 最后匯合在一點(diǎn) 該點(diǎn)稱為系統(tǒng)地 為整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一參考電位 系統(tǒng)或設(shè)備的機(jī)殼上的某一點(diǎn)通常與系統(tǒng)地相連接 供給系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓電源的參考點(diǎn)也都在系統(tǒng)地上 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 8 2 共地和浮地 浮地系統(tǒng) 1 系統(tǒng)地與大地絕緣的系統(tǒng) 2 系統(tǒng)地不一定是零電位 僅為系統(tǒng)的等電位點(diǎn) 共地系統(tǒng)1 系統(tǒng)地與大地相連的系統(tǒng) 2 系統(tǒng)地與大地電位相同 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 9 絕對(duì)零電位 地球電位作為絕對(duì)基準(zhǔn)電位也即絕對(duì)零電位 絕對(duì)零電位常用連接方法 地下埋設(shè)銅板或插入金屬棒等作為連接大地的地線 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 10 常用系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì) 共地系統(tǒng) 1 采用共地系統(tǒng) 有利于信號(hào)線的屏蔽處理 抑制干擾 2 機(jī)殼接地可免除操作人員的觸電危險(xiǎn) 浮地系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 對(duì)地電阻較大 對(duì)地分布電容較小 外部共模干擾引起的干擾電流較小 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 11 實(shí)現(xiàn)方式 1 機(jī)殼與大地完全絕緣 機(jī)殼較大時(shí) 機(jī)殼與大地間分布電容和有限的漏電阻使系統(tǒng)地與大地間的可靠絕緣非常困難 2 系統(tǒng)地不接機(jī)殼 后果 貼地布線的原則 系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)傳輸線 電源線和地線應(yīng)貼近接地的機(jī)柜排列 機(jī)柜可起到屏蔽作用 難以實(shí)施 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 12 共地系統(tǒng)中有接地注意點(diǎn) 可靠接地 1 系統(tǒng)地不能連接到交流電源的零線上 2 系統(tǒng)地不能連到大功率設(shè)備安全地線上 交流電源及大功率設(shè)備地與大地間存在著隨機(jī)變化的電位差 幅值變化范圍從幾十mV至幾十V 3 共地系統(tǒng)必須另設(shè)接地線 4 為防止大功率交流電源地電流對(duì)系統(tǒng)地的干擾 系統(tǒng)地的接地點(diǎn)和交流電源接地點(diǎn)間的最小距離不應(yīng)少于800m 所用的接地棒按常規(guī)的接地工藝深埋 且與電力線垂直 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 13 3 接地方式 1 串聯(lián)單點(diǎn)接地2 并聯(lián)單點(diǎn)接地3 多點(diǎn)接地 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 14 串聯(lián)單點(diǎn)接地 方式 兩個(gè)或兩個(gè)以上的電路共用一段地線1 R1 R2和R3是各地線等效電阻 2 I1 I2和I3是電路1 2和3的入地電流 3 地電流在地線等效電阻上產(chǎn)生壓降 三個(gè)電路與地線的連接點(diǎn)的對(duì)地電位具有不同的數(shù)值 VA I1 I2 I3 R1VB VA I2 I3 R2VC VB I3 R3 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 15 串聯(lián)單點(diǎn)接地的特點(diǎn) 1 電路的地電位受其他電路地電流變化的調(diào)制 電路的輸出信號(hào)受到干擾 2 干擾由地線公共阻抗耦合作用產(chǎn)生的 3 離接地點(diǎn)越遠(yuǎn) 電路中出現(xiàn)噪聲干擾越大 4 串聯(lián)接地方式布線最簡(jiǎn)單 費(fèi)用最省 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 16 串聯(lián)單點(diǎn)接地方式的適用電路 地電流較小且相差不太大的電路 抗干擾措施 為使干擾最小 把電平最低的電路安置在離接地點(diǎn) 系統(tǒng)地 最近的地方與地線相接 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 17 并聯(lián)單點(diǎn)接地 各電路的地線只在一點(diǎn) 系統(tǒng)地 匯合 如圖 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 18 并聯(lián)單點(diǎn)接地的特點(diǎn) 1 電路的對(duì)地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān) 因而沒有公共阻抗耦合噪聲 2 地線太多 復(fù)雜的系統(tǒng)這一矛盾更突出 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 19 3 不能用于高頻信號(hào)系統(tǒng) a 地線一般較長(zhǎng) 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 b 地線的長(zhǎng)度等于信號(hào)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) 地線呈極高阻抗 變成一個(gè)發(fā)射天線 對(duì)鄰近電路產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射干擾 c 應(yīng)把地線長(zhǎng)度控制在1 20信號(hào)波長(zhǎng)之內(nèi) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 20 多點(diǎn)接地方式 1 各電路或元件的地線以最短的距離就近連到地線匯流排 通常是金屬底板 上 2 地線很短 小于25mm 底板表面鍍銀 所以阻抗都很小 3 不能用在低頻系統(tǒng)中 各電路的地電流流過地線匯流排的電阻會(huì)產(chǎn)生公共阻抗耦合噪聲 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 21 接地方式的選用 1 信號(hào)頻率低于1MHz時(shí) 采用單點(diǎn)接地方式 2 信號(hào)頻率高于10MHz時(shí) 采用多點(diǎn)接地 3 頻率處于1 10MHz之間的系統(tǒng) a 采用單點(diǎn)接地方式 地線長(zhǎng)度應(yīng)小于信號(hào)波長(zhǎng)的1 20 b 如不滿足這一要求 應(yīng)采用多點(diǎn)接地 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 22 低頻系統(tǒng)接地方式 要求 1 串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合的單點(diǎn)接地方式 2 兼顧抑制公共阻抗耦合噪聲 3 系統(tǒng)布線不過于復(fù)雜 方式 1 系統(tǒng)所有地線根據(jù)電流變化性質(zhì)分若干組 2 性質(zhì)相近的電路共用一根地線 串聯(lián)接地 3 將各組地線匯集于系統(tǒng)地上 并聯(lián)接地 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 23 二 系統(tǒng)接地設(shè)計(jì) 基本要求 1 消除電流經(jīng)公共地線阻抗產(chǎn)生的噪聲電壓 2 避免形成接地環(huán)路 引進(jìn)共模干擾 電路中地線特點(diǎn) 1 系統(tǒng)中具有多種地線 2 各環(huán)節(jié)與系統(tǒng)中一種或幾種地線發(fā)生聯(lián)系 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 24 地線處理的基本原則 1 盡量避免或減少由接地所引起的各種干擾 2 便于布線 3 節(jié)省成本 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 25 系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)的主內(nèi)容 1 輸入信號(hào)傳輸線屏蔽接地點(diǎn)的選擇2 電源變壓器靜電屏蔽層的接地3 直流電源接地點(diǎn)的選擇4 印刷電路板的地線布局5 機(jī)柜地線的布局 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 26 1 直流電源接地點(diǎn)的選擇 系統(tǒng)電源的特點(diǎn) 1 具有多種直流電源 有供給模擬電路工作用的和供給數(shù)字電路工作用的電源 都是穩(wěn)壓電源 2 可能存在非穩(wěn)壓直流電源 供顯示 控制等用 3 不同性質(zhì)的電源地線不能任意互連 應(yīng)分別匯集于一點(diǎn) 再與系統(tǒng)地相接 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 27 2 印刷電路板的地線布局 常用印刷電路板的特點(diǎn) 1 包含模擬電源和數(shù)字電源 即包含模擬地 數(shù)字地 2 一般的 一個(gè)系統(tǒng)中不可能為單一地信號(hào) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 28 地線處理原則 1 模擬地和數(shù)字地分別設(shè)置 通過不同的引腳各元器件的模擬地和數(shù)字地分別連到電路板上的模擬地線和數(shù)字地線 2 減小地線電阻 選用較寬的地線 支線寬度通常不小于2 3mm 干線寬度不小于8 10mm 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 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 29 3 采用地線隔離信號(hào)之間的耦合 a 模擬地線可隔離輸入模擬信號(hào)間及輸出和輸入信號(hào)間的耦合 b 在需要隔離的兩信號(hào)線之間增設(shè)模擬地線 c 數(shù)字信號(hào)可用數(shù)字地線進(jìn)行隔離 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 30 二 屏蔽技術(shù) 屏蔽前提 1 儀表或系統(tǒng)的工作現(xiàn)場(chǎng)存在強(qiáng)電設(shè)備 2 強(qiáng)電設(shè)備的磁力線或電力線干擾儀表或系統(tǒng)的正常工作 屏蔽措施 采用低電阻的導(dǎo)電材料或高導(dǎo)磁率的鐵磁材料制成容器 對(duì)易受干擾的部分實(shí)行屏蔽 阻斷或抑制各種場(chǎng)干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 31 一 屏蔽的類型和原理 屏蔽的類型 1 靜電屏蔽2 電磁屏蔽3 磁屏蔽 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 32 1 靜電屏蔽 靜電屏蔽的原理 1 靜電場(chǎng)作用下 如果空心導(dǎo)體腔內(nèi)沒有凈電荷 導(dǎo)體內(nèi)和空腔內(nèi)任何一點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)都等于零 剩余電荷只能分布在外表面 2 把某一物體放入空心導(dǎo)體的空腔內(nèi) 該物體就不受任何外電場(chǎng)的影響 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 33 靜電屏蔽作用 1 在空心導(dǎo)體 金屬盒 B的空腔內(nèi)放有一個(gè)帶電體A 2 由于靜電感應(yīng) 金屬盒B的內(nèi)外表面分別出現(xiàn)等量異號(hào)的感應(yīng)電荷 3 B外表面電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)外界產(chǎn)生影響 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 34 4 將金屬盒B接地 則外表面的感應(yīng)電荷將因接地而消失 相應(yīng)的電場(chǎng)也隨之消失 5 可消除金屬盒內(nèi)帶電體對(duì)盒外的影響 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 35 靜電屏蔽的效果及措施 靜電屏蔽的效果 1 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 2 用金屬盒罩住干擾源 且將金屬盒接地 則可抑制干擾源對(duì)外部的干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 36 靜電屏蔽的措施 1 為達(dá)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 2 屏蔽盒應(yīng)有良好的接地 3 伸出屏蔽盒以外的導(dǎo)線越短越好 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 37 2 電磁屏蔽 電磁屏蔽的目的 抑制高頻電磁場(chǎng)的干擾 電磁干擾的產(chǎn)生 導(dǎo)體上通過高頻變化電流時(shí) 周圍空間產(chǎn)生相應(yīng)變化的電磁場(chǎng) 變化的電磁場(chǎng)可在鄰近的電路引起電磁感應(yīng) 又向外輻射 干擾周圍電路 電磁干擾的特點(diǎn) 1 電磁場(chǎng)變化的頻率越高 輻射越強(qiáng) 2 電磁場(chǎng)屏蔽中 包括電磁感應(yīng)的屏蔽 及輻射干擾的屏蔽 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 38 電磁干擾的消除 措施 1 環(huán)繞導(dǎo)體加一個(gè)與導(dǎo)體中電流方向相反的變化電流 該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反 產(chǎn)生抵消作用 減弱對(duì)外界的干擾 2 反方向的電流由導(dǎo)體的接地屏蔽罩來產(chǎn)生 3 高頻電磁場(chǎng)在導(dǎo)電性能良好的金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流 渦流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反 抵消高頻干擾磁場(chǎng) 達(dá)到電磁屏蔽的目的 4 因?yàn)槠帘握纸拥?所以也可實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 39 電磁屏蔽的效果 1 屏蔽罩的厚度對(duì)屏蔽效果影響不大 2 屏蔽罩是否連續(xù)及網(wǎng)孔大小 直接影響到渦流的大小 影響屏蔽的效果 3 屏蔽越嚴(yán)密 屏蔽效果越好 4 電磁屏蔽的材料應(yīng)選用低內(nèi)阻的金屬材料 例如銅 鋁或鍍銀銅板等 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 40 3 磁屏蔽 磁屏蔽的適用范圍 防止低頻磁場(chǎng)干擾 電磁屏蔽不適用在低頻磁場(chǎng)干擾場(chǎng)合 屏蔽的方式 利用高導(dǎo)磁材料制成屏蔽罩 使低頻磁場(chǎng)干擾的磁力線大部分在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成回路 泄漏到屏蔽罩外干擾磁通很少 達(dá)到抑制低頻磁場(chǎng)干擾目的 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 41 三 長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_及抑制 長(zhǎng)線傳輸干擾的產(chǎn)生 測(cè)控系統(tǒng)中 當(dāng)被測(cè)對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)時(shí) 幾十米或更長(zhǎng) 產(chǎn)生較大的干擾 長(zhǎng)線干擾的主要類型 1 長(zhǎng)線感應(yīng)干擾2 反射干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 42 一 長(zhǎng)線感應(yīng)干擾及抑制 長(zhǎng)線感應(yīng)干擾的產(chǎn)生 干擾源通過電磁或靜電耦合在傳感器信號(hào)線上產(chǎn)生干擾信號(hào) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 43 長(zhǎng)線感應(yīng)干擾的特點(diǎn) 1 傳感器信號(hào)線過長(zhǎng) 干擾源在信號(hào)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓較大 2 輸電線與信號(hào)線平行敷設(shè)時(shí) 信號(hào)線上的電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電壓分別可達(dá)mV級(jí) 傳感器的有效信號(hào)電壓一般為幾十mV甚至小于干擾電壓 3 信號(hào)地與系統(tǒng)地間的電位差 地電壓Um 可達(dá)幾V至十幾V甚至更大 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 44 單線傳輸特點(diǎn) 1 感應(yīng)干擾電壓Un和地電壓Um與被測(cè)信號(hào)Us串聯(lián) 形成差模干擾電壓 rs rm r R為信號(hào)源內(nèi)阻 兩地間地電阻 傳輸線電阻和系統(tǒng)輸入電阻 rm r rs R UNn Un UNm Um2 地電壓和感應(yīng)干擾電壓無抑制成為對(duì)干擾電壓 使信號(hào)電壓被干擾電壓淹沒 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 45 雙線傳輸抑制方式 增設(shè)一條同樣長(zhǎng)度的傳輸線 1 兩傳輸線上的感應(yīng)干擾電壓相等即Un1 Un2 Un 2 rm r rs R 感應(yīng)干擾電壓Un和地電壓Um形成的差模干擾電壓分別為 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 46 平衡傳輸?shù)奶攸c(diǎn) 1 雙線傳輸 2 兩傳輸線處于完全相同的條件 3 產(chǎn)生的感應(yīng)干擾電壓完全相同 4 兩傳輸線內(nèi)阻 對(duì)地分布電容 漏電阻相同5 差模干擾變成純共模電壓 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 47 平衡傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)特點(diǎn) 1 采用雙絞線 2 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 3 雙絞線對(duì)電感耦合噪聲有很好的抑制作用 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 48 雙線傳輸?shù)倪m用特點(diǎn) 傳輸信號(hào)的形式不同 抗干擾效果不一樣 1 數(shù)字信號(hào)抗干擾能力優(yōu)于模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)傳輸優(yōu)于模擬信號(hào)傳輸 2 頻率信號(hào)是準(zhǔn)數(shù)字信號(hào) 適于應(yīng)用雙絞線遠(yuǎn)距離傳輸 3 電流傳輸代替電壓傳輸 可獲得較好的抗干擾能力 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 49 電流傳輸?shù)奶攸c(diǎn) 1 不受傳輸線壓降 接觸電阻 寄生熱電偶和接觸電勢(shì)的影響 2 不受各種電壓性噪聲的干擾 例 過程控制中 采用電壓 電流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生4 20mA的電流信號(hào) 在接收端用一個(gè)精密電阻或電流 電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 50 四 共模干擾的抑制 途徑 1 減少共模電壓Ucm 2 減少共模增益KC或提高共模抑制比CMRR 主要方法 1 接地及屏蔽 減少共模電壓 2 隔離技術(shù)3 浮地技術(shù)4 浮動(dòng)電容切換 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 51 一 隔離技術(shù) 隔離目的 1 把干擾源和易被干擾的部分隔離開來 使測(cè)控裝置與現(xiàn)場(chǎng)間僅保持信號(hào)聯(lián)系 無電氣聯(lián)系 2 實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)的干擾通道切斷 達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的 3 工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中 既包括弱電控制 又包括強(qiáng)電控制 為使兩者間既保持控制信號(hào)聯(lián)系 又要隔絕電氣方面的聯(lián)系 既實(shí)行弱電和強(qiáng)電隔離 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 52 常用的隔離方法 1 變壓器隔離2 縱向扼流圈隔離3 光電隔離4 繼電器隔離 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 53 1 變壓器隔離 電路如圖 隔離特點(diǎn) 1 變壓器次級(jí)輸出電壓只與初級(jí)繞組兩輸入端電位差成正比 對(duì)差模信號(hào)暢通 隔斷共模信號(hào) 2 變壓器隔離適用50Hz以上的信號(hào) 低頻特別是超低頻時(shí)非常不合適 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 54 3 傳輸?shù)皖l信號(hào)時(shí) 要有很大電感和體積 初次級(jí)間圈數(shù)很多 產(chǎn)生較大的寄生電容 共模信號(hào)通過變壓器初次間的寄生電容在負(fù)載上形成干擾 4 初次級(jí)繞組間要設(shè)置靜電屏蔽層且接地 可減少初次級(jí)寄生電容 達(dá)到抑制高頻干擾的目的 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 55 變壓器隔離的適用場(chǎng)合 1 信號(hào)頻率很低 2 共模電壓很高 3 共模漏電流要求很小 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 56 2 光電耦合隔離 1 光電耦合器內(nèi)電 光 電轉(zhuǎn)換在完全密封條件下進(jìn)行 不受外界光的影響 2 信號(hào)傳遞由光傳遞 兩個(gè)電路間沒有電氣連接 故兩電路間地電位差就再不會(huì)形成干擾 3 輸入阻抗很低 100 1000歐 而干擾源的內(nèi)阻很高 通常為105 106歐 由分壓原理 能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲很小 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 57 4 干擾電壓較大時(shí) 由于能量很小 只形成微弱電流 發(fā)光二極管只有通過一定強(qiáng)度電流才能發(fā)光 光電晶體管也只在一定光強(qiáng)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(fā)光 從而被抑制 5 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耦合器饋送到另一邊 6 線性范圍較小 主要用于傳送數(shù)字信號(hào) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 58 光耦電路的接線 1 Ri為限流電阻 D為反向保護(hù)二極管 2 Vi值與TTL邏輯電平并不要求一致 經(jīng)Ri限流后符合發(fā)光二極管要求即可 RL是光敏三極管負(fù)載電阻 3 光敏三極管導(dǎo)通 V0為低電平 反之高電平4 電路中參數(shù)的選擇 5 光耦輸入和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源 如果兩端共用一個(gè)電源 則沒有隔離作用 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 59 3 繼電器隔離 繼電器隔離的特點(diǎn) 1 繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的聯(lián)系 2 利用繼電器的線圈接收電氣信號(hào) 利用觸點(diǎn)發(fā)送和輸出信號(hào) 從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸 實(shí)現(xiàn)抗干擾隔離 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 60 五 差模干擾的抑制 差模噪聲的干擾形式 與被測(cè)信號(hào)疊加在一起 表現(xiàn)為 電壓的串聯(lián)或電流的并聯(lián) 差模噪聲的來源 1 信號(hào)源產(chǎn)生 2 引線感應(yīng)耦合 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 61 差模干擾的抑制 1 從噪聲源采取措施 切斷噪聲耦合途徑 將引線屏蔽等 2 利用干擾與信號(hào)的差別來把干擾消除掉或減到最小 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 62 差模干擾常用抑制方法 1 頻率濾波法2 積分法3 電平鑒別法4 脈寬鑒別法 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 63 一 頻率濾波法 原理 利用差模干擾與信號(hào)頻率差異進(jìn)行頻率濾波 具體實(shí)現(xiàn) 1 高通濾波器濾除比信號(hào)頻率低的差模干擾 2 低通濾波器濾除比信號(hào)頻率高的差模干擾 3 50Hz陷波器濾除工頻干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 64 二 積分法 適用范圍 雙積分式A D可有效削弱周期性差模干擾 雙積分式A D的特點(diǎn) 1 對(duì)被測(cè)電壓定時(shí)積分 2 對(duì)基準(zhǔn)電壓定壓積分 至輸出為0 抗干擾特點(diǎn) 1 選定時(shí)積分時(shí)間為干擾噪聲周期的整數(shù)倍 2 抑制工頻干擾時(shí) 雙積分A D定時(shí)積分時(shí)間T k 20ms 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 65 三 電平鑒別法 電平鑒別的前提 1 信號(hào)和噪聲在幅值上有較大的差別 2 信號(hào)幅值較大 噪聲幅值較小 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 66 采用脈沖隔離門抑制干擾 原理 1 利用硅二極管的正向壓降對(duì)幅值小的干擾脈沖加以阻擋 2 讓幅值大的信號(hào)脈沖順利通過 如圖 注 電路中的二極管最好選用開關(guān)管 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 67 六 供電系統(tǒng)抗干擾 1 供電系統(tǒng)中竄入的干擾來源2 供電系統(tǒng)抗干擾措施 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 68 一 供電系統(tǒng)竄入的干擾 供電系統(tǒng)竄入的干擾類型 1 大功率感性負(fù)載切換時(shí) 電網(wǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)大的反電動(dòng)勢(shì) 該瞬態(tài)高壓 幅值達(dá)2kV 頻率從幾百Hz到2MHz 可引起電源波形的嚴(yán)重畸變 電網(wǎng)中瞬態(tài)高壓對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的主要途徑 由電源進(jìn)線 經(jīng)由電源變壓器的初次級(jí)繞組間的雜散電容進(jìn)入系統(tǒng)電路 再從系統(tǒng)接地點(diǎn)入地返回干擾源 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 69 2 整流方式供電時(shí) 濾波不良會(huì)產(chǎn)生低頻紋波干擾噪聲 3 直流 直流變換器或開關(guān)穩(wěn)壓電源供電時(shí)時(shí) 出現(xiàn)高頻開關(guān)噪聲干擾 4 電源進(jìn)線和輸出線易受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及天電的各種干擾噪聲 這些干擾噪聲經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到電路中去 對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 70 二 供電系統(tǒng)抗干擾措施 1 電源濾波和退耦 2 不間斷電源和開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源供電 3 系統(tǒng)分別供電和采用電源模塊單獨(dú)供電 4 供電系統(tǒng)饋線要合理布置 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 71 1 電源濾波和退耦電路 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 72 電路特點(diǎn) 1 交流進(jìn)線端接對(duì)稱LC低通濾波器 濾除交流進(jìn)線上大于50Hz的高次諧波干擾 改善電源波形 2 變阻二極管 或壓敏電阻 抑制進(jìn)入交流電源線上的瞬時(shí)干擾 或者大幅值的尖脈沖干擾 3 電源變壓器采用雙重屏蔽措施 將初次級(jí)隔離起來 使混入初級(jí)的噪聲干擾不致進(jìn)入次級(jí) 4 整流濾波電路采用電解電容和無感高頻電容的并聯(lián)組合 進(jìn)一步減小高頻噪聲進(jìn)入電源系統(tǒng) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 73 5 整流濾波后的直流電壓再經(jīng)穩(wěn)壓 可使干擾被抑制到最小 6 部分電源系統(tǒng)在交流進(jìn)線端設(shè)交流穩(wěn)壓器 保證交流供電的穩(wěn)定性 抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng) 7 為避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間互相干擾 在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地之間接入了RC或LC的退耦濾波電路 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 74 2 采用不間斷電源和開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源 UPS的特點(diǎn) 1 有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)干擾的能力 2 電網(wǎng)斷電后 UPS以極短的時(shí)間 3ms 切換到后備電源 3 后備電源能維持10min以上 滿載 或30min以上 半載 的供電時(shí)間 以便及時(shí)處理電源故障或采取應(yīng)急措施 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 75 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的特點(diǎn) 1 開關(guān)頻率可達(dá)10 20kHz或更高 因而變壓器等都可小型化 2 高頻開關(guān)晶體管工作在飽和截止?fàn)顟B(tài) 效率可達(dá)60 70 3 抗干擾能力強(qiáng) 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 76 3 系統(tǒng)分別供電和采用電源模塊單獨(dú)供電 1 系統(tǒng)使用繼電器等電感設(shè)備時(shí) 向采集電路供電的線路應(yīng)與向繼電器等供電的線路分開 避免在供電線路之間出現(xiàn)相互干擾 2 設(shè)計(jì)供電線路時(shí) 注意對(duì)變壓器和低通濾波器進(jìn)行屏蔽 以抑制靜電干擾 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 77 電源模塊單獨(dú)供電 供電方式 1 采用DC DC電源電路模塊 DC DC電源電路由電源模塊及相關(guān)濾波元件組成 DC DC電源電路由電源模塊及相關(guān)濾波元件組成 2 采用三端穩(wěn)壓集成塊如7805 7905 7812 7912等組成的穩(wěn)壓電源單獨(dú)供電 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 78 單獨(dú)供電的優(yōu)點(diǎn) 1 各電源模塊單獨(dú)對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行電壓過載保護(hù) 不會(huì)因某個(gè)穩(wěn)壓器的故障而使全系統(tǒng)癱瘓 2 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(tǒng)的可靠性 有利于電源的散熱 3 總線上電壓的變化 不會(huì)影響板卡上電壓 有利于提高板卡上的工作可靠性 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 79 4 供電系統(tǒng)要合理布線 布線時(shí) 電源的引入線 輸出線及公共線采取的抗干擾措施 1 電源前面的一段布線從電源引入口 經(jīng)開關(guān)器件至濾波器的布線盡量用粗導(dǎo)線 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 80 2 電源后面的一段布線 采用雙絞線 雙絞線的絞距要小 如導(dǎo)線較粗 無法扭絞時(shí) 應(yīng)把線間的距離縮到最短 交流線 直流穩(wěn)壓電源線 邏輯信號(hào)線和模擬信號(hào)線 繼電器等感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)線 非穩(wěn)壓的直流線均應(yīng)分開布線 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 81 3 電路的公共線 電路中盡量避免公共線 在公共線上 某一負(fù)載的變化引起的壓降 都會(huì)影響其它負(fù)載 公共線不能避免時(shí) 必須把公共線加粗 以降低阻抗 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 82 七 印刷電路板抗干擾 印刷電路板的特點(diǎn) 1 器件 信號(hào)線 電源線的高度集合體 2 印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞 對(duì)抗干擾能力影響很大 3 必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 83 印刷電路板常用抗干擾措施 1 合理布置印制電路板上的器件2 合理分配印刷電路板插腳3 印刷電路板合理布線4 電源線的布置5 印刷電路板的接地線設(shè)計(jì)6 印刷電路板的屏蔽7 去耦電容器的配置 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 84 1 合理布置印制電路板上的器件 基本原則 1 器件間電氣干擾小2 易于散熱 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 85 減小電氣干擾的方法 1 將器件按功率大小及抗干擾能力的強(qiáng)弱分類集中布置 2 大功率強(qiáng)電器件作為一類集中布置 電源變壓器和輸出驅(qū)動(dòng)器件等 3 數(shù)字邏輯器件作為一類集中布置 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 86 4 易受干擾的模擬器件作為一類集中布置 5 各類器件之間應(yīng)盡量遠(yuǎn)離 防止相互干擾 6 每一類器件又可按照減小電氣干擾原則再進(jìn)一步分類布置 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 87 散熱的措施 原因 使電路穩(wěn)定可靠地工作 方法 1 發(fā)熱元器件要考慮通風(fēng)散熱 必要時(shí)要安裝散熱器 2 發(fā)熱元器件要分散布置 不能集中 3 對(duì)熱敏感元器件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件或進(jìn)行熱屏蔽 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 88 2 合理分配印刷電路板插腳 1 在印刷電路板插入總線擴(kuò)展槽中使用時(shí) 為抑制線間干擾 對(duì)印制電路板的插腳須合理分配 2 為減小強(qiáng)信號(hào)輸出線對(duì)弱信號(hào)輸入線干擾 將輸入 輸出線分置于印刷板兩側(cè) 相互分離 3 地線設(shè)置在輸入 輸出信號(hào)線的兩側(cè) 減小信號(hào)線寄生電容的影響 起到一定的屏蔽作用 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 89 3 印刷電路板合理布線 印刷電路板的布線原則 1 線間距離