數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)10-12章

1、一、從干擾的來源劃分一、從干擾的來源劃分 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾指系統(tǒng)內(nèi)部電子電路的各種干擾。指系統(tǒng)內(nèi)部電子電路的各種干擾。 外部干擾外部干擾指由外界竄入到系統(tǒng)的各種干擾。指由外界竄入到系統(tǒng)的各種干擾。二、按干擾出現(xiàn)的規(guī)律劃分二、按干擾出現(xiàn)的規(guī)律劃分固定干擾固定干擾指系統(tǒng)附近固定的電氣設(shè)備運行時發(fā)出的干擾。指系統(tǒng)附近固定的電氣設(shè)備運行時發(fā)出的干擾。半固定干擾半固定干擾指某些偶然使用的電氣設(shè)備（如行車、電鉆）引指某些偶然使用的電氣設(shè)備（如行車、電鉆）引起的干擾。起的干擾。隨機干擾隨機干擾屬于偶發(fā)性的干擾。如閃電、供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的屬于偶發(fā)性的干擾。如閃電、供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的動作等干擾。動作等干擾。10

2、.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見的干擾1、靜電干擾、靜電干擾靜電干擾實際是靜電干擾實際是電場電場通過通過電容耦合電容耦合的干擾。的干擾。 從電路理論可知，電流流經(jīng)一導(dǎo)體時，導(dǎo)體產(chǎn)生電場，這個電場可交連從電路理論可知，電流流經(jīng)一導(dǎo)體時，導(dǎo)體產(chǎn)生電場，這個電場可交連到附近的導(dǎo)體中，使它們感生出電位，這個電位就是干擾電壓。從交流電路到附近的導(dǎo)體中，使它們感生出電位，這個電位就是干擾電壓。從交流電路傳輸來看，干擾起因于導(dǎo)體與導(dǎo)線之間、元件之間的寄生電容。外部噪聲源傳輸來看，干擾起因于導(dǎo)體與導(dǎo)線之間、元件之間的寄生電容。外部噪聲源與導(dǎo)體之間的寄生電容耦合到電路，造成對電路的干擾。與導(dǎo)體之

3、間的寄生電容耦合到電路，造成對電路的干擾。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電路電路外部噪聲源外部噪聲源2、磁場耦合干擾、磁場耦合干擾磁場耦合干擾磁場耦合干擾是一種是一種感應(yīng)干擾感應(yīng)干擾。在連接信號源的傳輸線經(jīng)過的空間總存在著交變電磁場。在諸如動力線、在連接信號源的傳輸線經(jīng)過的空間總存在著交變電磁場。在諸如動力線、變壓器、電動機、繼電器、電風(fēng)扇等附近，都會有這種磁場。這些變壓器、電動機、繼電器、電風(fēng)扇等附近，都會有這種磁場。這些交變的磁場交變的磁場穿過傳輸線形成的穿過傳輸線形成的回路回路，將在傳輸線上或閉合導(dǎo)線上感應(yīng)出交流干擾電壓。，將在傳輸線上或閉合導(dǎo)線上感應(yīng)出交流干擾電壓。3、電磁輻射干擾、電磁輻射干擾在工

4、廠內(nèi)，各種大功率高頻、中頻發(fā)生裝置以及各種電火花機床，都將在工廠內(nèi)，各種大功率高頻、中頻發(fā)生裝置以及各種電火花機床，都將產(chǎn)生高頻電磁波向周圍空間輻射，形成電磁輻射干擾源。產(chǎn)生高頻電磁波向周圍空間輻射，形成電磁輻射干擾源。輻射能量輻射能量是以與通信接收機接收無線電頻率能量相同的方法是以與通信接收機接收無線電頻率能量相同的方法耦合耦合到電路到電路中而產(chǎn)生干擾。中而產(chǎn)生干擾。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電路電路磁場磁場感應(yīng)電流感應(yīng)電流4、電導(dǎo)通路耦合干擾、電導(dǎo)通路耦合干擾 電導(dǎo)通路電導(dǎo)通路是指構(gòu)成電回路的通路。是指構(gòu)成電回路的通路。電導(dǎo)通路耦合干擾電導(dǎo)通路耦合干擾是由各單元回路之間的是由各單元回路之間的公共阻抗

5、干擾公共阻抗干擾。由于接地電位。由于接地電位不同而造成的干擾為這類干擾的不同而造成的干擾為這類干擾的主要表現(xiàn)形式主要表現(xiàn)形式。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，“地地”有兩種含義：一是指有兩種含義：一是指大地大地，它是系統(tǒng)中各個，它是系統(tǒng)中各個設(shè)備的自然參考電位，二是指一個設(shè)備內(nèi)部電源的設(shè)備的自然參考電位，二是指一個設(shè)備內(nèi)部電源的參考電位參考電位。如果一個儀器的地線不與大地連接，則稱為如果一個儀器的地線不與大地連接，則稱為“浮地浮地”，否則稱為，否則稱為接地接地。理想情況理想情況下，電路中不同接地點間電位差為零，即地阻抗為零。實際上下，電路中不同接地點間電位差為零，即地阻抗為零。實際上大地的

6、電位并不是恒定值，在不同的地之間存在著電位差，尤其在高壓電力大地的電位并不是恒定值，在不同的地之間存在著電位差，尤其在高壓電力設(shè)備附近，大地的電位剃度可以達(dá)到每米幾伏甚至幾十伏。設(shè)備附近，大地的電位剃度可以達(dá)到每米幾伏甚至幾十伏。由于非零的公共阻抗將會給電路帶來干擾，它主要發(fā)生在遠(yuǎn)距離信號傳由于非零的公共阻抗將會給電路帶來干擾，它主要發(fā)生在遠(yuǎn)距離信號傳輸中兩端儀器接地的情況下。輸中兩端儀器接地的情況下。2B1AI5、漏電耦合干擾、漏電耦合干擾漏電耦合干擾漏電耦合干擾是由于儀器內(nèi)部的電路絕緣不良而出現(xiàn)的是由于儀器內(nèi)部的電路絕緣不良而出現(xiàn)的漏電流漏電流引起的引起的電阻耦合電阻耦合產(chǎn)生的干擾，如圖所

7、示。在高輸入阻抗器件組成的系統(tǒng)中，其阻產(chǎn)生的干擾，如圖所示。在高輸入阻抗器件組成的系統(tǒng)中，其阻抗與電路板絕緣電阻可以比擬，通過電路板產(chǎn)生漏電流，將形成干擾?？古c電路板絕緣電阻可以比擬，通過電路板產(chǎn)生漏電流，將形成干擾。ABRmUiUm1、串模（差模）干擾、串模（差模）干擾把干擾信號與被測信號串聯(lián)在一起。把干擾信號與被測信號串聯(lián)在一起。產(chǎn)生產(chǎn)生 外部高壓供電線交變電磁場通過寄生電容外部高壓供電線交變電磁場通過寄生電容 | 耦合進(jìn)傳感器的一端；耦合進(jìn)傳感器的一端；原因原因 電源交變電磁場對傳感器一端的漏電流耦合。電源交變電磁場對傳感器一端的漏電流耦合。2、共模干擾、共模干擾指在信號地和儀器地（大地

8、）之間產(chǎn)生的干擾。指在信號地和儀器地（大地）之間產(chǎn)生的干擾。 A、B兩端疊加的干擾電壓相同。兩端疊加的干擾電壓相同。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電路電路UsUNUsNUsN = Us + UN在對地阻抗呈理想對稱的傳感器和放大器輸入在對地阻抗呈理想對稱的傳感器和放大器輸入電路中，共模干擾理論上并不會引起數(shù)采誤差。電路中，共模干擾理論上并不會引起數(shù)采誤差。 差分放大器的兩輸入端差分放大器的兩輸入端A、B具有相同的幅值和電具有相同的幅值和電位。位。但實際上，由于數(shù)據(jù)傳輸回路、導(dǎo)線和放大器但實際上，由于數(shù)據(jù)傳輸回路、導(dǎo)線和放大器輸入回路的電阻輸入回路的電阻R或電容或電容C對地呈對地呈非對稱性非對稱性，共模干，共

9、模干擾電壓將通過接地回路中的接地干擾電壓轉(zhuǎn)換成干擾電壓將通過接地回路中的接地干擾電壓轉(zhuǎn)換成干擾程度不同的差模電壓。擾程度不同的差模電壓。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電路電路SNA信號地信號地儀器地儀器地B 數(shù)采系統(tǒng)附近有大功率的電氣設(shè)備、電磁場以數(shù)采系統(tǒng)附近有大功率的電氣設(shè)備、電磁場以L/C形式耦合形式耦合到傳感器和傳輸導(dǎo)線中；到傳感器和傳輸導(dǎo)線中； 電源絕緣不良而引起漏電或三相動力電網(wǎng)負(fù)載不平衡致使電源絕緣不良而引起漏電或三相動力電網(wǎng)負(fù)載不平衡致使零線有較大電流時，存在較大的地電流和地電位差。若系統(tǒng)有零線有較大電流時，存在較大的地電流和地電位差。若系統(tǒng)有兩點以上的接地點，則地電位差就會造成共模干擾；兩點

10、以上的接地點，則地電位差就會造成共模干擾； 電氣設(shè)備的絕緣性能不良時，動力電源會通過電氣設(shè)備的絕緣性能不良時，動力電源會通過R漏漏耦合到采耦合到采集系統(tǒng)的信號回路，形成干擾；集系統(tǒng)的信號回路，形成干擾； 在交流供電的儀器中，交流電會通過原副邊繞組間的寄生在交流供電的儀器中，交流電會通過原副邊繞組間的寄生電容、整流濾波電路或信號電路與地間的寄生電容電容、整流濾波電路或信號電路與地間的寄生電容 地構(gòu)成地構(gòu)成回路，形成干擾?；芈罚纬筛蓴_。數(shù)據(jù)采集中的設(shè)備大多使用數(shù)據(jù)采集中的設(shè)備大多使用220V，50Hz的市電，由于我國電網(wǎng)的頻率與的市電，由于我國電網(wǎng)的頻率與電壓波動較大，都會直接對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生

11、干擾，因此必須對數(shù)據(jù)采集系電壓波動較大，都會直接對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，因此必須對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電采取一些抗干擾措施。統(tǒng)的供電采取一些抗干擾措施。1、采用隔離變壓器、采用隔離變壓器一般說來，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別有各自的地線，在應(yīng)用中，如果直一般說來，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別有各自的地線，在應(yīng)用中，如果直接把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，兩者的地線之間存在地電位差，如圖所示，接把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，兩者的地線之間存在地電位差，如圖所示，由于地電位差的存在而形成環(huán)路電流，造成共模干擾。由于地電位差的存在而形成環(huán)路電流，造成共模干擾。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源電網(wǎng)電網(wǎng)因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須與電網(wǎng)

12、隔離，通常采用因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須與電網(wǎng)隔離，通常采用隔離變壓器隔離變壓器進(jìn)行隔離?？紤]進(jìn)行隔離。考慮到高頻噪聲通過變壓器不是靠初、次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級間寄到高頻噪聲通過變壓器不是靠初、次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級間寄生電容耦合。因此隔離變壓器的生電容耦合。因此隔離變壓器的初級和次級之間均用初級和次級之間均用屏蔽層屏蔽層隔離隔離，以減少其寄，以減少其寄生電容，提高抗共模干擾能力。生電容，提高抗共模干擾能力。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)的隔離如圖所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電網(wǎng)的隔離如圖所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的地接入標(biāo)準(zhǔn)地線后，由于采用了隔離變壓器，使電網(wǎng)地數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的地接入標(biāo)準(zhǔn)地線后，由于采用

13、了隔離變壓器，使電網(wǎng)地線的干擾不能進(jìn)入系統(tǒng)，從而保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠的工作。線的干擾不能進(jìn)入系統(tǒng)，從而保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠的工作。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源電網(wǎng)電網(wǎng)隔離變壓器隔離變壓器1、采用隔離變壓器、采用隔離變壓器2、采用電源低通濾波器、采用電源低通濾波器由于電網(wǎng)的干擾大部分是高次諧波，故采用低通濾波器來消由于電網(wǎng)的干擾大部分是高次諧波，故采用低通濾波器來消除大于除大于50Hz的高次諧波，以改善電源的波形。的高次諧波，以改善電源的波形。為避免低通濾波器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，需要在干擾進(jìn)入低通濾為避免低通濾波器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，需要在干擾進(jìn)入低通濾波器前加以衰減，為此，常在電源低通濾波器前，加

14、設(shè)一個波器前加以衰減，為此，常在電源低通濾波器前，加設(shè)一個分布分布參數(shù)噪聲衰減器參數(shù)噪聲衰減器。使用低通濾波器時，應(yīng)使用低通濾波器時，應(yīng)注意注意以下幾點：以下幾點：低通濾波器本身應(yīng)屏蔽，而且屏蔽盒與系統(tǒng)的機殼要保持良低通濾波器本身應(yīng)屏蔽，而且屏蔽盒與系統(tǒng)的機殼要保持良好的接觸。好的接觸。為減少耦合，所有導(dǎo)線要靠近地面進(jìn)行隔離。為減少耦合，所有導(dǎo)線要靠近地面進(jìn)行隔離。低通濾波器的輸入與輸出端要進(jìn)行隔離。低通濾波器的輸入與輸出端要進(jìn)行隔離。低通濾波器的位置應(yīng)盡量靠近需要濾波的地方，其間的連線低通濾波器的位置應(yīng)盡量靠近需要濾波的地方，其間的連線也要進(jìn)行屏蔽。也要進(jìn)行屏蔽。3、采用交流穩(wěn)壓器、采用交流

15、穩(wěn)壓器 用來保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。用來保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過壓或欠壓。對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這是目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)電壓波對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，這是目前最普遍采用的抑制電網(wǎng)電壓波動的方法，在具體使用時，應(yīng)保證有一定的功率儲備。動的方法，在具體使用時，應(yīng)保證有一定的功率儲備。4、系統(tǒng)分別供電、系統(tǒng)分別供電為了阻止從供電系統(tǒng)竄入的干擾，一般采用如圖所示的供電線路，即交為了阻止從供電系統(tǒng)竄入的干擾，一般采用如圖所示的供電線路，即交流穩(wěn)壓電源串接隔離變壓器、分布參數(shù)噪聲衰減器和低通濾波器，以便獲得流穩(wěn)壓電源串接隔離變壓器、分布參數(shù)噪聲衰減器和低通濾波器，以

16、便獲得較好的抗干擾效果。較好的抗干擾效果。當(dāng)系統(tǒng)中使用繼電器、磁帶機等電感設(shè)備時，向采集系統(tǒng)電路供電的線當(dāng)系統(tǒng)中使用繼電器、磁帶機等電感設(shè)備時，向采集系統(tǒng)電路供電的線路應(yīng)與繼電器等供電的線路分開，以避免在供電線路之間出現(xiàn)相互干擾。路應(yīng)與繼電器等供電的線路分開，以避免在供電線路之間出現(xiàn)相互干擾。交流交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器隔離隔離變壓器變壓器分布參數(shù)分布參數(shù)衰減器衰減器低通低通濾波器濾波器直流直流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器至電路至電路數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集220V交流交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器隔離隔離變壓器變壓器低通低通濾波器濾波器至繼電器至繼電器磁帶機等磁帶機等交流交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器隔離隔離變壓器變壓器分布參數(shù)分布參數(shù)衰減器衰減器低

17、通低通濾波器濾波器直流直流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器至電路至電路數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集220V5、采用電源模塊單獨供電、采用電源模塊單獨供電近年來，在一些數(shù)據(jù)采集板卡上，廣泛采用近年來，在一些數(shù)據(jù)采集板卡上，廣泛采用DC-DC電源電路電源電路模塊，或三端穩(wěn)壓集成塊組成的穩(wěn)壓電源單獨供電。采用單獨供模塊，或三端穩(wěn)壓集成塊組成的穩(wěn)壓電源單獨供電。采用單獨供電方式，與集中供電相比，具有以下一些電方式，與集中供電相比，具有以下一些優(yōu)點優(yōu)點： 每個電源模塊單獨對相應(yīng)板卡進(jìn)行電壓過載保護(hù)，不會因每個電源模塊單獨對相應(yīng)板卡進(jìn)行電壓過載保護(hù)，不會因某個穩(wěn)壓器的故障而使全系統(tǒng)癱瘓。某個穩(wěn)壓器的故障而使全系統(tǒng)癱瘓。 有利于減小公共阻

18、抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，有利于減小公共阻抗的相互耦合及公共電源的相互耦合，大大提高供電系統(tǒng)的可靠性，也有利于電源的散熱。大大提高供電系統(tǒng)的可靠性，也有利于電源的散熱。 總線上電壓的變化，不會影響板卡上的電壓，有利于提高總線上電壓的變化，不會影響板卡上的電壓，有利于提高板卡的工作可靠性。板卡的工作可靠性。6 6、供電系統(tǒng)要合理布線、供電系統(tǒng)要合理布線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，電源的在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，電源的引入線引入線和和輸出線輸出線以及以及公共線公共線在布在布線時，均需采取以下抗干擾措施：線時，均需采取以下抗干擾措施：(1)電源線前面的一段布線電源線前面的一段布線從電源引入口，經(jīng)開關(guān)器件至低通

19、濾波器之間的饋線，盡量從電源引入口，經(jīng)開關(guān)器件至低通濾波器之間的饋線，盡量用用粗導(dǎo)線粗導(dǎo)線。(2)電源后面的一段布線電源后面的一段布線 均應(yīng)采用均應(yīng)采用扭絞線扭絞線，扭絞的螺距要小。如果導(dǎo)線較粗，無法扭，扭絞的螺距要小。如果導(dǎo)線較粗，無法扭絞時，應(yīng)把饋線之間的距離縮到最短。絞時，應(yīng)把饋線之間的距離縮到最短。 交流線、直流穩(wěn)壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、繼電交流線、直流穩(wěn)壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、繼電器等感性負(fù)載驅(qū)動線、非穩(wěn)壓的直流線均器等感性負(fù)載驅(qū)動線、非穩(wěn)壓的直流線均應(yīng)分開布線應(yīng)分開布線。(3)電路的公共線電路的公共線電路中應(yīng)電路中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)公共線盡量避免出現(xiàn)公共線，因為在公

20、共線上，某一負(fù)載，因為在公共線上，某一負(fù)載的變化引起的壓降，都會影響其他負(fù)載。若公共線不能避免，則的變化引起的壓降，都會影響其他負(fù)載。若公共線不能避免，則必須把公共線加粗，以降低阻抗。必須把公共線加粗，以降低阻抗。其干擾主要是因公共地線所引起，其次，當(dāng)傳輸線路較長時，還會受到靜其干擾主要是因公共地線所引起，其次，當(dāng)傳輸線路較長時，還會受到靜電和電磁波噪聲的干擾。為此干擾將嚴(yán)重影響采樣信號的準(zhǔn)確性和可行性，因電和電磁波噪聲的干擾。為此干擾將嚴(yán)重影響采樣信號的準(zhǔn)確性和可行性，因此必須予以消除或抑制。此必須予以消除或抑制。一、采用隔離技術(shù)隔離干擾一、采用隔離技術(shù)隔離干擾隔離干擾隔離干擾從電路上把干擾

21、源與敏感電路隔離部分開來，使他們之間不從電路上把干擾源與敏感電路隔離部分開來，使他們之間不存在電的聯(lián)系，或削弱他們之間的電的聯(lián)系。存在電的聯(lián)系，或削弱他們之間的電的聯(lián)系。1、光電隔離、光電隔離利用光電耦合器件實現(xiàn)電路上的隔離。利用光電耦合器件實現(xiàn)電路上的隔離。 用于系統(tǒng)與外界的隔離用于系統(tǒng)與外界的隔離 用于系統(tǒng)電路之間的隔離用于系統(tǒng)電路之間的隔離傳傳感感器器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電路電路光電耦合器光電耦合器電路電路I電路電路II光電耦合器光電耦合器UCM2、電磁隔離、電磁隔離在傳感器與采集電路之間加入一個隔離放大器，利用隔離放在傳感器與采集電路之間加入一個隔離放大器，利用隔離放大器的電磁耦合，將外界

22、的模擬信號與系統(tǒng)進(jìn)行隔離傳送。大器的電磁耦合，將外界的模擬信號與系統(tǒng)進(jìn)行隔離傳送。二、采用濾波器濾除干擾二、采用濾波器濾除干擾濾波濾波是一種只允許某一頻帶信號是一種只允許某一頻帶信號通過的抑制干擾措施之一，特別適用于抑通過的抑制干擾措施之一，特別適用于抑制經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾。制經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾。Notes:在信號間采用在信號間采用R-C法濾波，會對信號法濾波，會對信號造成一定損失，對于微弱信號，當(dāng)采用些造成一定損失，對于微弱信號，當(dāng)采用些法抑制干擾時，應(yīng)注意這一點。法抑制干擾時，應(yīng)注意這一點。三、采用浮置措施抑制干擾三、采用浮置措施抑制干擾浮置浮置指數(shù)據(jù)采集電路的

23、模擬信號地指數(shù)據(jù)采集電路的模擬信號地不接不接機殼或大地。對于被浮置的數(shù)機殼或大地。對于被浮置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集電器機殼或大地之間無直流聯(lián)系。據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集電器機殼或大地之間無直流聯(lián)系。Notes: 浮置的目的是為了阻斷干擾電流的通路。浮置的目的是為了阻斷干擾電流的通路。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號放大器公共地與地數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號放大器公共地與地(或或 機殼機殼)之間的阻抗。因此，大大減小共模干擾電流。之間的阻抗。因此，大大減小共模干擾電流。 浮置同樣能抑制直流共模干擾。浮置同樣能抑制直流共模干擾。 只有在對電路要求高，并采用多層屏蔽的條件下，才

24、采用浮置技術(shù)。只有在對電路要求高，并采用多層屏蔽的條件下，才采用浮置技術(shù)。 采集電路的浮置應(yīng)該包括該電路的供電電源，即這種浮置采集電路采集電路的浮置應(yīng)該包括該電路的供電電源，即這種浮置采集電路的的 供電系統(tǒng)應(yīng)該是單獨的浮置供電系統(tǒng)，否則浮置將無效。供電系統(tǒng)應(yīng)該是單獨的浮置供電系統(tǒng)，否則浮置將無效。輸入輸入接口接口電路電路RUCMCZ四、長線傳輸?shù)目垢蓴_措施四、長線傳輸?shù)目垢蓴_措施在長線傳輸信號時，除因空間感應(yīng)引入的干擾外，還會因傳輸線兩端阻抗在長線傳輸信號時，除因空間感應(yīng)引入的干擾外，還會因傳輸線兩端阻抗不匹配而出現(xiàn)信號在傳輸線上反射的現(xiàn)象，并可能在短時間內(nèi)多次反射。多次不匹配而出現(xiàn)信號在傳輸

25、線上反射的現(xiàn)象，并可能在短時間內(nèi)多次反射。多次反射會形成非耦合性的干擾，使信號波發(fā)生畸變。反射會形成非耦合性的干擾，使信號波發(fā)生畸變。因此，在用長線傳輸信號時，抗干擾的重點應(yīng)是因此，在用長線傳輸信號時，抗干擾的重點應(yīng)是防止和抑制防止和抑制非耦合性（反非耦合性（反射畸變）干擾射畸變）干擾。從技術(shù)上講，主要解決兩個問題：。從技術(shù)上講，主要解決兩個問題：阻抗匹配阻抗匹配、長線驅(qū)動長線驅(qū)動。1、長線干擾的特點、長線干擾的特點(1)長線的定義長線的定義Lmax = tV / nt系統(tǒng)所用邏輯電路器件或組件的上升時間；系統(tǒng)所用邏輯電路器件或組件的上升時間；V 速度，取速度，取V = 2.5108 m/sn

26、 經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般取n = 4。(2)長線傳輸信號時遇到的問題長線傳輸信號時遇到的問題對信號的傳輸速度有延遲。單位長度上傳輸延遲為：架空單線對信號的傳輸速度有延遲。單位長度上傳輸延遲為：架空單線3.3 ns/m；雙絞線雙絞線5 ns/m；同軸電纜；同軸電纜6 ns/m；高速的信號脈沖波在傳輸過程中會產(chǎn)生畸變和衰減，引起非耦合性干擾。高速的信號脈沖波在傳輸過程中會產(chǎn)生畸變和衰減，引起非耦合性干擾。長線傳輸易受到外界和其他傳輸線的干擾。長線傳輸易受到外界和其他傳輸線的干擾。(3)長線的波阻抗長線的波阻抗Z0長線由于存在長線由于存在 寄生電容寄生電容C寄寄(用電容用電容/單位長度表示單

27、位長度表示) 長線的波阻抗長線的波阻抗 寄生電感寄生電感L寄寄(用電感用電感/單位長度表示單位長度表示) RCZ 0(2)脈沖波在長線上引起的反射脈沖波在長線上引起的反射LLRZRZ002ssRZRZ001分析：分析： 若若Z0=RS=RL，則；，則； 1=2=0 無任何反射無任何反射 若若Z0=RS， 則；則； 1=0 =12=0 無反射，無反射，(1=0表示表示始端阻抗匹配始端阻抗匹配) 若若Z0=RL， 則；則； 2=0 =12=0 無反射，無反射，(2=0表示表示終端阻抗匹配終端阻抗匹配)傳輸線終端具有不同負(fù)載電阻傳輸線終端具有不同負(fù)載電阻RL下的反射系數(shù)，如表所示：下的反射系數(shù)，如表

28、所示：Z0RSUSX=0X=LRL反射系數(shù)反射系數(shù) = 12其中其中1 始端發(fā)射系數(shù)始端發(fā)射系數(shù)2 終端發(fā)射系數(shù)終端發(fā)射系數(shù)RL0(短路短路)0 RL Z0RL =Z0Z0 RL (開路開路)電壓反射系數(shù)電壓反射系數(shù)KU-1(全反射全反射)-1KU000KUKI000KI-1-1(全反射全反射)當(dāng)傳輸線當(dāng)傳輸線終端不匹配終端不匹配時，信號便被反射；反射波到達(dá)始端時，若時，信號便被反射；反射波到達(dá)始端時，若始端也不始端也不匹配匹配，同樣又產(chǎn)生反射，這就發(fā)生了信號在傳輸線上多次往返反射的情況。，同樣又產(chǎn)生反射，這就發(fā)生了信號在傳輸線上多次往返反射的情況?？偨Y(jié)：總結(jié)：當(dāng)傳輸線當(dāng)傳輸線終端匹配終端匹配

29、(RL=Z0)，傳輸?shù)男盘栯妷翰]有反射，傳輸?shù)男盘栯妷翰]有反射，電流平穩(wěn)地進(jìn)入負(fù)載。電流平穩(wěn)地進(jìn)入負(fù)載。當(dāng)傳輸線當(dāng)傳輸線始端匹配始端匹配(RS=Z0)，終端的反射波，終端的反射波=入射波，反射入射波，反射波到達(dá)始端時，則被匹配的阻抗所吸收，整個傳輸線被波到達(dá)始端時，則被匹配的阻抗所吸收，整個傳輸線被充電而達(dá)到穩(wěn)態(tài)，不再反射。充電而達(dá)到穩(wěn)態(tài)，不再反射。當(dāng)終端電阻當(dāng)終端電阻RLZ0，傳輸線上的電壓產(chǎn)生過沖，并在穩(wěn)定值傳輸線上的電壓產(chǎn)生過沖，并在穩(wěn)定值附近產(chǎn)生振蕩，最后趨向穩(wěn)定值。附近產(chǎn)生振蕩，最后趨向穩(wěn)定值。當(dāng)終端電阻當(dāng)終端電阻RLZ0，傳輸線上的電壓不再過沖，逐漸恢復(fù)到傳輸線上的電壓不再過沖

30、，逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定值穩(wěn)定值。穩(wěn)定值穩(wěn)定值。2、長線傳輸信號的抗干擾措施、長線傳輸信號的抗干擾措施(1)阻抗匹配阻抗匹配(阻抗匹配的好壞，直接影響長線上信號的反射的強弱阻抗匹配的好壞，直接影響長線上信號的反射的強弱) 始端匹配始端匹配a.始端串聯(lián)電阻匹配始端串聯(lián)電阻匹配通過在始端串接電阻，增加長線的特性阻抗，以達(dá)通過在始端串接電阻，增加長線的特性阻抗，以達(dá)到與終端阻抗匹配。到與終端阻抗匹配。一般取一般取R=Z0-RS74LS2074LS20R(=100)b.始端上拉電阻始端上拉電阻或或阻容匹配阻容匹配始端上拉電阻始端上拉電阻用于吸收一部分終端的反射波。用于吸收一部分終端的反射波。阻容匹配阻容匹配

31、靜態(tài)時靜態(tài)時 C 隔直，上拉電阻隔直，上拉電阻R對傳輸線開路對傳輸線開路 動態(tài)時動態(tài)時 當(dāng)信號從高當(dāng)信號從高低電平，低電平， C向傳輸線放電，以抵消反射波向傳輸線放電，以抵消反射波 起作用起作用R (3304.7k)+5VR 220+5VC 43pF終端匹配終端匹配2121RRRRRa.終端并聯(lián)電阻匹配終端并聯(lián)電阻匹配R1R2UccRE212RRRUEccR應(yīng)等于傳輸線的波阻應(yīng)等于傳輸線的波阻Z0，E一般取輸出高電平時的電壓值，如一般取輸出高電平時的電壓值，如2.8V左右左右 若若R2小，則低電平拉入電流大，而使輸入的低電平拉高小，則低電平拉入電流大，而使輸入的低電平拉高 若若R1小，則使流入

32、電流增大，降低了高電平小，則使流入電流增大，降低了高電平 一般要權(quán)衡考慮。一般要權(quán)衡考慮。例如：取例如：取R1 = 330 ，R2 = 470 b.終端阻容匹配終端阻容匹配當(dāng)當(dāng)C較大時，較大時，ZC= 0，只起隔直作用，只起隔直作用，不會影響阻抗匹配。不會影響阻抗匹配。因此，只要因此，只要R = Rp即可即可CRRp2110CRRT取 T 傳輸信號脈沖寬度傳輸信號脈沖寬度| R1 始端低電平輸出阻抗始端低電平輸出阻抗(約約20 )| Rp 長線特性阻抗長線特性阻抗 R 匹配電阻匹配電阻終端匹配終端匹配c.終端接鉗位二極管匹配終端接鉗位二極管匹配好處好處 由于把由于把B門輸入端的低電平鉗至門輸入

33、端的低電平鉗至0.3V以內(nèi)，可減小反沖和振蕩現(xiàn)象。以內(nèi)，可減小反沖和振蕩現(xiàn)象。| 有了二極管，可吸收反射波，減小波的反射現(xiàn)象。有了二極管，可吸收反射波，減小波的反射現(xiàn)象。 大大減小線間串?dāng)_，提高動態(tài)抗干擾能力。大大減小線間串?dāng)_，提高動態(tài)抗干擾能力。AB(2)長線驅(qū)動長線驅(qū)動長線如果用長線如果用TTL電路直接驅(qū)動，有可能使電信號幅值不斷減小，抗干擾能力電路直接驅(qū)動，有可能使電信號幅值不斷減小，抗干擾能力下降的特性阻抗，以達(dá)到與及存在串?dāng)_和噪聲，結(jié)果使電路傳錯信號。下降的特性阻抗，以達(dá)到與及存在串?dāng)_和噪聲，結(jié)果使電路傳錯信號。因此，在長線傳輸中，需要采用驅(qū)動電路和接收電路。因此，在長線傳輸中，需要

34、采用驅(qū)動電路和接收電路。選通選通TTL電平電平始端匹始端匹配電阻配電阻驅(qū)動驅(qū)動電路電路接收接收電路電路終端匹終端匹配電阻配電阻TTL電平電平禁止端禁止端 驅(qū)動電路驅(qū)動電路將將TTL差分信號，再經(jīng)長線傳至接收電路。差分信號，再經(jīng)長線傳至接收電路。(禁止端的使用禁止端的使用) 接收電路接收電路具有差分輸入端，接收到信號放大后，轉(zhuǎn)換成具有差分輸入端，接收到信號放大后，轉(zhuǎn)換成TTL信號輸出。信號輸出。差動放大器有很強的共模抑制能力，且工作在線性區(qū)，易做到阻抗匹配。差動放大器有很強的共模抑制能力，且工作在線性區(qū)，易做到阻抗匹配。(3)用光電耦合器隔離、浮置傳輸線用光電耦合器隔離、浮置傳輸線當(dāng)傳輸線很長或

35、數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場干擾十分強烈時，為進(jìn)一步提高信號傳輸當(dāng)傳輸線很長或數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場干擾十分強烈時，為進(jìn)一步提高信號傳輸?shù)目煽啃?，可以通過光電耦合器將傳輸線隔離和完全浮置起來。的可靠性，可以通過光電耦合器將傳輸線隔離和完全浮置起來。浮置浮置是指去掉傳輸線兩端之間的公共地線。是指去掉傳輸線兩端之間的公共地線。(由于傳輸線兩端不共地，也就阻斷了地環(huán)路，從而消除了地電位差帶來的共由于傳輸線兩端不共地，也就阻斷了地環(huán)路，從而消除了地電位差帶來的共模干擾。模干擾。)3、傳輸線的使用、傳輸線的使用長線傳輸時，有很多類型的傳輸線可供使用。長線傳輸時，有很多類型的傳輸線可供使用。(1)屏蔽線屏蔽線可有效克服可有效克服靜

36、電感應(yīng)靜電感應(yīng)的干擾。的干擾。Notes：屏蔽層要屏蔽層要一端接地，另一端懸空。一端接地，另一端懸空。接地點一般可選擇在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接地點上。接地點一般可選擇在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接地點上。傳感傳感器器數(shù)采數(shù)采電路電路(2)同軸電纜同軸電纜電流電流I由信號源由信號源(+I)電纜中心導(dǎo)體電纜中心導(dǎo)體接收電路接收電路(-I)屏蔽層屏蔽層信號源信號源I和和-I產(chǎn)生磁場相互抵消。產(chǎn)生磁場相互抵消。 它在電纜屏蔽層的外部產(chǎn)生的磁場它在電纜屏蔽層的外部產(chǎn)生的磁場=0 同時，外電場對同軸電纜內(nèi)部的影響同時，外電場對同軸電纜內(nèi)部的影響=0Notes：一定要把屏蔽層一定要把屏蔽層兩端都接地。兩端都接地。(3)雙絞線

37、雙絞線與同軸與同軸 優(yōu)點優(yōu)點Z0高，體積小，價低高，體積小，價低 可消除電磁場干擾可消除電磁場干擾電纜電纜 缺點傳送信號的頻帶窄缺點傳送信號的頻帶窄 雙絞節(jié)距越短，電磁感應(yīng)干擾越小雙絞節(jié)距越短，電磁感應(yīng)干擾越小Notes：雙絞線中途雙絞線中途不能接地。不能接地。總結(jié)：總結(jié)： 抑制抑制靜電靜電干擾應(yīng)該用干擾應(yīng)該用屏蔽線屏蔽線 抑制抑制電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)干擾應(yīng)該用干擾應(yīng)該用雙絞線雙絞線。(4)扁平帶狀電纜扁平帶狀電纜雖然它的抗干擾能力比雙絞線差一些，但由于很實用，因而廣泛使用。雖然它的抗干擾能力比雙絞線差一些，但由于很實用，因而廣泛使用。扁平帶狀電纜扁平帶狀電纜的導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)長距離傳輸時，用它作地線

38、，地電位會發(fā)生的導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)長距離傳輸時，用它作地線，地電位會發(fā)生變化。變化。最好采用雙端傳送信號；最好采用雙端傳送信號；當(dāng)采用單端傳送信號時，每條信號線應(yīng)配有一條接地線。當(dāng)采用單端傳送信號時，每條信號線應(yīng)配有一條接地線。五、五、ADC抗干擾抗干擾1、ADC的抗干擾措施的抗干擾措施(1)抗串模干擾的措施抗串模干擾的措施在串模干擾嚴(yán)重的場合，可用積分式在串模干擾嚴(yán)重的場合，可用積分式/雙斜積分式雙斜積分式ADC。對于高頻干擾，可用低通濾波器加以濾除；對于高頻干擾，可用低通濾波器加以濾除；對于低頻干擾，可用同步采樣的方法加以濾除。對于低頻干擾，可用同步采樣的方法加以濾除。盡量把盡量把ADC直接附在

39、傳感器上，直接附在傳感器上，傳輸線引入的干擾。傳輸線引入的干擾。當(dāng)傳感器與當(dāng)傳感器與ADC距離較遠(yuǎn)時，容易引起干擾。距離較遠(yuǎn)時，容易引起干擾。解決方法：用解決方法：用電流傳輸電流傳輸代替代替電壓傳輸電壓傳輸。（。（電流型電流型傳感器）傳感器）(2)抗共模干擾的措施抗共模干擾的措施采用三線采樣雙層屏蔽浮置技術(shù)。采用三線采樣雙層屏蔽浮置技術(shù)。三線采樣將信號線和地線一起采樣。三線采樣將信號線和地線一起采樣。實驗表明：實驗表明：這種雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法這種雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法。Notes：a.要注意屏蔽層的接法，否則會引起干擾。要注意屏蔽層的接法，否則會引起干擾。 b.

40、 AD的電流應(yīng)自成系統(tǒng)，不能與大地相接。的電流應(yīng)自成系統(tǒng)，不能與大地相接。采用隔離技術(shù)。采用隔離技術(shù)。采用電容記憶法，采用電容記憶法，ADC工作在脫離信號連線的情況下。工作在脫離信號連線的情況下。利用屏蔽法來改善高頻共模抑制比。利用屏蔽法來改善高頻共模抑制比。五、五、ADC抗干擾抗干擾2、ADC的位置的確定的位置的確定(1)靠近微機放置靠近微機放置由于由于ADC遠(yuǎn)離采集現(xiàn)場，模擬信號傳送線路較長，分布參數(shù)以及干擾的影遠(yuǎn)離采集現(xiàn)場，模擬信號傳送線路較長，分布參數(shù)以及干擾的影響，易引起模擬信號的衰減，直接影響響，易引起模擬信號的衰減，直接影響AD轉(zhuǎn)換的精度。轉(zhuǎn)換的精度。(2)靠近采集現(xiàn)場放置靠近采

41、集現(xiàn)場放置優(yōu)點優(yōu)點 模擬量傳輸線較短模擬量傳輸線較短 AD轉(zhuǎn)換的精度轉(zhuǎn)換的精度 長線傳輸數(shù)字量長線傳輸數(shù)字量 抗干擾能力抗干擾能力 保證信號傳輸精度保證信號傳輸精度缺點缺點 并行傳輸并行傳輸 傳輸線多傳輸線多 串行傳輸串行傳輸 傳輸速度慢傳輸速度慢另對另對AD的控制不方便。的控制不方便。傳感傳感器器微機微機A/DI/O接口接口模擬量傳輸線模擬量傳輸線傳感傳感器器微機微機A/DI/O接口接口數(shù)字量傳輸線數(shù)字量傳輸線控制線控制線六、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計措施六、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計措施1、合理布置印刷電路板上的器件、合理布置印刷電路板上的器件原則：原則：電氣干擾小電氣干擾小，易于散熱

42、易于散熱。2、合理分配印刷電路板插腳、合理分配印刷電路板插腳3、印刷電路板合理布線、印刷電路板合理布線4、電源線布置、電源線布置5、印刷電路板接地線設(shè)計、印刷電路板接地線設(shè)計6、印刷電路板屏蔽、印刷電路板屏蔽 屏蔽線屏蔽線 屏蔽環(huán)屏蔽環(huán)7、去耦電容器的配置、去耦電容器的配置8、數(shù)字電路的抗干擾措施、數(shù)字電路的抗干擾措施 采用采用積積 分分 電電 路路抑制干擾抑制干擾 | 采用采用脈沖隔離門脈沖隔離門抑制干擾抑制干擾 采用采用削削 波波 器器抑制干擾抑制干擾 接地問題在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾占有非常重要的位置，可以這樣說，如接地問題在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾占有非常重要的位置，可以這樣說，如果把接地問題處

43、理好，就解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的大部分干擾問題。果把接地問題處理好，就解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的大部分干擾問題。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中地線的類型一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中地線的類型1 、信號地信號地 模擬信號地模擬電路的零電位基準(zhǔn)。模擬信號地模擬電路的零電位基準(zhǔn)。(如如A/D、S/H等等) |數(shù)字信號地數(shù)字電路的零電位基準(zhǔn)，又稱邏輯地。數(shù)字信號地數(shù)字電路的零電位基準(zhǔn)，又稱邏輯地。 信信 號號 源源 地信號源地信號源(傳感器傳感器)的零電位基準(zhǔn)。的零電位基準(zhǔn)。 2 、功率地功率地 是指大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位基準(zhǔn)。是指大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位基準(zhǔn)。3 、屏蔽地屏蔽地 又稱機殼地，是為了防止靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而設(shè)計的。

44、又稱機殼地，是為了防止靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而設(shè)計的。4 、交流地交流地 是指交流是指交流50Hz電源的地線電源的地線5 、直流地直流地 是指直流電源的地線是指直流電源的地線實踐證明實踐證明，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受到的干擾與系統(tǒng)的接地有很大關(guān)系，接地往，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受到的干擾與系統(tǒng)的接地有很大關(guān)系，接地往往是抑制干擾的重要手段之一。良好的接地可以很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的往是抑制干擾的重要手段之一。良好的接地可以很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反之，如果接地處理耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反之，如果接地處理不當(dāng)，將會導(dǎo)致噪聲耦合，產(chǎn)生干擾。因此應(yīng)該

45、重視接地問題。不當(dāng)，將會導(dǎo)致噪聲耦合，產(chǎn)生干擾。因此應(yīng)該重視接地問題。通常在考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接地時，應(yīng)遵循以下接地原則：通常在考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接地時，應(yīng)遵循以下接地原則：1 、 一點接地原則一點接地原則 任何導(dǎo)體，包括大地在內(nèi)，都有電阻抗，當(dāng)其中流過電流時，導(dǎo)體中呈任何導(dǎo)體，包括大地在內(nèi)，都有電阻抗，當(dāng)其中流過電流時，導(dǎo)體中呈現(xiàn)出電位。如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在兩點接地，由于大地各地電位很不一致，因現(xiàn)出電位。如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在兩點接地，由于大地各地電位很不一致，因而兩個分開的接地點很難保證有等電位，造成它們之間有一電位差，形成地而兩個分開的接地點很難保證有等電位，造成它們之間有一電位差，形成地環(huán)路電流

46、，從而對兩點接地電路產(chǎn)生干擾，這時地電位差是采集系統(tǒng)輸入端環(huán)路電流，從而對兩點接地電路產(chǎn)生干擾，這時地電位差是采集系統(tǒng)輸入端共模干擾的主要來源。共模干擾的主要來源。 如果在信號輸入端一點接地，就可以有效地避免共模干擾如果在信號輸入端一點接地，就可以有效地避免共模干擾。在低頻情況。在低頻情況下，由于信號線上分布電感不是大問題，故往往要求一點接地。一點接地的下，由于信號線上分布電感不是大問題，故往往要求一點接地。一點接地的形式可以分為以下兩種：形式可以分為以下兩種： (1)串聯(lián)一點接地串聯(lián)一點接地子系統(tǒng)子系統(tǒng)1I1R1子系統(tǒng)子系統(tǒng)2I2R2子系統(tǒng)子系統(tǒng)3I3R3ABC其中，其中，R1 、R2 、R

47、3分別表示分別表示各地段的等效電阻。顯然，各地段的等效電阻。顯然，A 、B 、C各點的電位不為零，而是各點的電位不為零，而是 UA = (I1 + I2 + I3) R1 UB = (I2 + I3 ) R2 + UA UC = UA + UB + I3 R3由此可見，串聯(lián)一點接地存在著各接地點電位不同的問題，將造成子系由此可見，串聯(lián)一點接地存在著各接地點電位不同的問題，將造成子系統(tǒng)之間的相互干擾。但是由于這種接地方式布線比較簡單，現(xiàn)在仍在使用，統(tǒng)之間的相互干擾。但是由于這種接地方式布線比較簡單，現(xiàn)在仍在使用，不過應(yīng)滿足下述條件：不過應(yīng)滿足下述條件：、各子系統(tǒng)的對應(yīng)電位應(yīng)相差不大。、各子系統(tǒng)的

48、對應(yīng)電位應(yīng)相差不大。當(dāng)各子系統(tǒng)對地電位相差很大時不能使用，因為高地電位子系統(tǒng)將會產(chǎn)當(dāng)各子系統(tǒng)對地電位相差很大時不能使用，因為高地電位子系統(tǒng)將會產(chǎn)生很大的地電流，經(jīng)共接地線阻抗對低地電位子系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾。生很大的地電流，經(jīng)共接地線阻抗對低地電位子系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾。、應(yīng)把低地電位子系統(tǒng)放在距離接地點最近的地方。、應(yīng)把低地電位子系統(tǒng)放在距離接地點最近的地方。模擬模擬子系統(tǒng)子系統(tǒng)1I1R1模擬模擬子系統(tǒng)子系統(tǒng)2I2R2數(shù)字?jǐn)?shù)字子系統(tǒng)子系統(tǒng)1I3R3ABC小信號小信號地線地線大信號大信號地線地線高電平高電平數(shù)字地數(shù)字地數(shù)字?jǐn)?shù)字子系統(tǒng)子系統(tǒng)2I4R4D低電平低電平數(shù)字地數(shù)字地各子系統(tǒng)建立一個獨立的接

49、地線路，然后各子系統(tǒng)并聯(lián)一點接地。各子系統(tǒng)建立一個獨立的接地線路，然后各子系統(tǒng)并聯(lián)一點接地。 各子系統(tǒng)的地電位僅與本子系統(tǒng)的地電流和地電阻有關(guān)，即：各子系統(tǒng)的地電位僅與本子系統(tǒng)的地電流和地電阻有關(guān)，即： UA = I1 R1 UB = I2 R2 UC = I3 R3 UD = I4 R4各子系統(tǒng)的地電流之間不會形成耦合，因此沒有共接地線阻抗噪聲影響。各子系統(tǒng)的地電流之間不會形成耦合，因此沒有共接地線阻抗噪聲影響。這種接地方式對低頻電路最為適用，共接地線噪聲得以有效抑制。這種接地方式對低頻電路最為適用，共接地線噪聲得以有效抑制。Notes：避免數(shù)字信號耦合到模擬信號的一條基本原則避免數(shù)字信號耦

50、合到模擬信號的一條基本原則是：是：電路的電路的全部模擬地與數(shù)字地僅僅在一點相連。全部模擬地與數(shù)字地僅僅在一點相連。(2)并聯(lián)一點接地并聯(lián)一點接地R1電路電路1L1R2電路電路2L2R3電路電路3L32、多點接地原則、多點接地原則每個電路的接地線要盡可能降低其阻抗，即接地線越短越好，因而每個每個電路的接地線要盡可能降低其阻抗，即接地線越短越好，因而每個電路應(yīng)就近接地。這樣由于地線很短，阻抗又低，可以防止高頻時地線向外電路應(yīng)就近接地。這樣由于地線很短，阻抗又低，可以防止高頻時地線向外輻射噪聲，由于地線阻抗低起且互相遠(yuǎn)離，大大減小了噪聲的磁場耦合和電輻射噪聲，由于地線阻抗低起且互相遠(yuǎn)離，大大減小了噪

51、聲的磁場耦合和電場耦合。場耦合。一般說來，一般說來，頻率低于頻率低于1MHz時可以使用時可以使用一點接地方式一點接地方式，當(dāng)頻率高于，當(dāng)頻率高于10MHz時，應(yīng)采用時，應(yīng)采用多點接地方式多點接地方式，頻率在，頻率在1MHz-10MHz之間，如用之間，如用一點接地一點接地時時地線地線長度長度不得超過波長的不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用，否則應(yīng)采用多點接地多點接地。如前所述，并聯(lián)一點接地方式僅適用于低如前所述，并聯(lián)一點接地方式僅適用于低頻電路，不能適用于高頻電路，這是因為許多頻電路，不能適用于高頻電路，這是因為許多根相互靠近又很長的地線，對于高頻信號會呈根相互靠近又很長的地線，對于高頻信號會呈

52、現(xiàn)出電感而使地線阻抗增大，也會造成各地線現(xiàn)出電感而使地線阻抗增大，也會造成各地線之間的磁場耦合。因此在之間的磁場耦合。因此在高頻電路高頻電路中不能采用中不能采用一點接地，應(yīng)該采用一點接地，應(yīng)該采用多點接地方式多點接地方式。 多點接地方式如圖所示：多點接地方式如圖所示：在采用一點接地的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不同性質(zhì)接地線應(yīng)采取以下原則連接：在采用一點接地的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不同性質(zhì)接地線應(yīng)采取以下原則連接： 在弱信號模擬電路、數(shù)字電路和大功率驅(qū)動電路混雜的場合，強信號地線與在弱信號模擬電路、數(shù)字電路和大功率驅(qū)動電路混雜的場合，強信號地線與弱信號地線應(yīng)弱信號地線應(yīng)分開分開，模擬地與數(shù)字地應(yīng)，模擬地與數(shù)字地

53、應(yīng)分開分開，高電平數(shù)字地與低電平信號地應(yīng)，高電平數(shù)字地與低電平信號地應(yīng)分開分開，各個子系統(tǒng)的地只在電源供電處才相接，各個子系統(tǒng)的地只在電源供電處才相接一點入地一點入地。 只有這樣才能既保證幾個地線系統(tǒng)有統(tǒng)一的地電位，又避免形成公共阻抗。只有這樣才能既保證幾個地線系統(tǒng)有統(tǒng)一的地電位，又避免形成公共阻抗。4、接地線應(yīng)盡量加粗的原則、接地線應(yīng)盡量加粗的原則 因為接地線越細(xì)，其阻抗越高，接地電位隨電流的變化越大，致使系統(tǒng)的基因為接地線越細(xì)，其阻抗越高，接地電位隨電流的變化越大，致使系統(tǒng)的基準(zhǔn)電平信號不穩(wěn)定，導(dǎo)致抗干擾能力下降，所以接地線應(yīng)盡量加粗。準(zhǔn)電平信號不穩(wěn)定，導(dǎo)致抗干擾能力下降，所以接地線應(yīng)盡量

54、加粗。3、不同性質(zhì)接地線的連接原則、不同性質(zhì)接地線的連接原則微機總線性能的可靠性直接關(guān)系到整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠微機總線性能的可靠性直接關(guān)系到整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性?？偩€的接收，尤其是從一塊印刷線路板到時另一塊印刷線路性。總線的接收，尤其是從一塊印刷線路板到時另一塊印刷線路板之間的傳送接收，由于總線信號線上存在寄生電容，總會耦合板之間的傳送接收，由于總線信號線上存在寄生電容，總會耦合一些干擾；另外，這些額外電容的作用，使得總線信號產(chǎn)生延遲。一些干擾；另外，這些額外電容的作用，使得總線信號產(chǎn)生延遲。所以所以為了提高總線接收的抗干擾性能，一般在接收端配有緩沖器為了提高總線接收的抗干擾性能，一般在

55、接收端配有緩沖器(又稱總線驅(qū)動又稱總線驅(qū)動)，其中施密特觸發(fā)器組成的緩沖器能有效地將干，其中施密特觸發(fā)器組成的緩沖器能有效地將干擾濾除掉。擾濾除掉。抑制總線浮空干擾的措施抑制總線浮空干擾的措施在數(shù)據(jù)總線上加所謂的上拉電阻，在數(shù)據(jù)總線上加所謂的上拉電阻，即在電源和總線之間接入一個大小適中（要遠(yuǎn)比驅(qū)動端負(fù)載?。┘丛陔娫春涂偩€之間接入一個大小適中（要遠(yuǎn)比驅(qū)動端負(fù)載?。┑碾娮?，把總線在高阻抗?fàn)顟B(tài)時的電位固定在高電平上。的電阻，把總線在高阻抗?fàn)顟B(tài)時的電位固定在高電平上。一、軟件干擾的產(chǎn)生和抑制一、軟件干擾的產(chǎn)生和抑制軟件對系統(tǒng)的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個方面：軟件對系統(tǒng)的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、不正

56、確的算法產(chǎn)生錯誤的結(jié)果、不正確的算法產(chǎn)生錯誤的結(jié)果 33 = 27 3*3*3 = 27 或或 (33-27)0.00012 、由于精度不高而引起的噪聲、由于精度不高而引起的噪聲二、軟件的抗干擾措施二、軟件的抗干擾措施1、用軟件消除多路開關(guān)的抖動、用軟件消除多路開關(guān)的抖動2、用軟件消除采樣數(shù)據(jù)中的零電平漂移、用軟件消除采樣數(shù)據(jù)中的零電平漂移11.1 采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換把把AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變換為帶有工程單位的數(shù)字量，這種變換稱為標(biāo)度變換。轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變換為帶有工程單位的數(shù)字量，這種變換稱為標(biāo)度變換。也稱工程變換。也稱工程變換。標(biāo)度變換有多種形式，它取決于被測物理量所用的傳感器或

57、變換器的類型。標(biāo)度變換有多種形式，它取決于被測物理量所用的傳感器或變換器的類型。1、線性參數(shù)標(biāo)的度變換、線性參數(shù)標(biāo)的度變換 當(dāng)被測物理量與傳感器工儀表的輸出之間呈線性關(guān)系時，采用線性變換。當(dāng)被測物理量與傳感器工儀表的輸出之間呈線性關(guān)系時，采用線性變換。)(0000NXNNYYYYmm2、非線性參數(shù)的標(biāo)度變換、非線性參數(shù)的標(biāo)度變換 當(dāng)被測物理量與傳感器工儀表的輸出之間是非線性關(guān)系時，則應(yīng)根據(jù)具體問當(dāng)被測物理量與傳感器工儀表的輸出之間是非線性關(guān)系時，則應(yīng)根據(jù)具體問題詳細(xì)分析，求出被測量對應(yīng)的度變換公式，然后再進(jìn)行變換。題詳細(xì)分析，求出被測量對應(yīng)的度變換公式，然后再進(jìn)行變換。(1)公式變換法公式變換

58、法(2)多項式變換法多項式變換法(3)表格法表格法11.2 采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波所謂所謂“數(shù)字濾波數(shù)字濾波”，就是通過特定的計算程序處理，減少干擾信號在有用，就是通過特定的計算程序處理，減少干擾信號在有用信號中所占的比例，故實質(zhì)上是一種程序濾波。信號中所占的比例，故實質(zhì)上是一種程序濾波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，與模擬濾波器相比，它有以下數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，與模擬濾波器相比，它有以下優(yōu)點優(yōu)點： (1) 不需要增加硬件設(shè)備，可以多個輸入通道不需要增加硬件設(shè)備，可以多個輸入通道“共用共用”一個濾波程序。一個濾波程序。| (2) 由于不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)

59、定性好，各回路之間不存在由于不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在 |阻抗匹配等問題。阻抗匹配等問題。 (3) 數(shù)字濾波可對頻率很低數(shù)字濾波可對頻率很低(如如0.01Hz)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷，而且通過改寫數(shù)字濾波程序，可以實現(xiàn)不同的濾波方法或改變?yōu)V波的缺陷，而且通過改寫數(shù)字濾波程序，可以實現(xiàn)不同的濾波方法或改變?yōu)V波參數(shù)，這比模擬濾波器的硬件要靈活方便。參數(shù)，這比模擬濾波器的硬件要靈活方便。 中值濾波法中值濾波法對去除脈動性質(zhì)的干擾較有效，對快速變化過程的參數(shù)對去除脈動性質(zhì)的干擾較有效，對快速變化過程的參數(shù)（如流量等）則不宜采

60、用。（如流量等）則不宜采用。 算術(shù)平均法算術(shù)平均法適用于對壓力、流量一類信號的平滑處理，這類信號的適用于對壓力、流量一類信號的平滑處理，這類信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動。特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動。 加權(quán)平均濾波法加權(quán)平均濾波法適用于系統(tǒng)純滯后時間常數(shù)適用于系統(tǒng)純滯后時間常數(shù) 較大、采樣周期較短較大、采樣周期較短的過程。它對以不同采樣時間得到的采樣值分別給予不同的權(quán)數(shù)，以便能迅的過程。它對以不同采樣時間得到的采樣值分別給予不同的權(quán)數(shù)，以便能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。 一階滯后濾波法（慣性濾波法）一階