電子電路論文抗干擾技術論文

1、.電子電路論文抗干擾技術論文電子電路抗干擾技術研究摘 要 在電子信息技術快速發(fā)展的今天，電子器件與電子電路的靈敏度大大提高，絕大多數(shù)電子電路都是在弱電流下工作的，尤其是CMOS集成電路更是在微安級電流下工作，電子電路很容易因干擾而導致工作失常。因此，干擾與抗干擾已成為當今電子電路設計中的一個非常重要的內(nèi)容。本論文針對電網(wǎng)、地線、信號通道及空間電磁輻射等干擾源對電子電路產(chǎn)生的干擾進行研究。 關鍵詞 電子電路 抗干擾 一、干擾信號 在測控裝置電路中出現(xiàn)的無用的信號稱為噪聲，當噪聲使電路無法正常工作時，噪聲就稱為干擾。衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比(S/N)來表示，它是指信號通道中有用信號功率P

2、S和噪聲功率PN之比或有用信號電壓US與噪聲電壓UN之比。信噪比常用對數(shù)形式來表示，單位為分貝(dB) 。干擾信號可分為兩大類型：傳導型和輻射型。 二、抗干擾措施 干擾的形成必須同時具備三個因素，即干擾源、干擾途徑和對噪聲敏感性較高的接收器?？垢蓴_從這三個方面入手。 1、消除或抑制干擾源 噪聲干擾來自于干擾源，只有仔細地分析其種類和形式，才能提出有效的抗干擾措施。 （1）機械干擾 機械干擾是指機械的振動或沖擊使檢測裝置中的元件發(fā)生振動、變形，使連接導線發(fā)生位移，使儀表指針發(fā)生抖動等。對于機械干擾主要采取減震措施來解決，例如采用減震彈簧或減震橡皮墊等。 （2）熱干擾 設備和元器件在工作時產(chǎn)生的熱

3、量所引起的溫度波動，以及環(huán)境溫度的變化等使電路參數(shù)發(fā)生變化，或產(chǎn)生附加的熱電勢等，從而影響檢測裝置的正常工作。 對于熱干擾，工程上常采取下列防護措施：在電路中采用溫度補償元件和采用差分放大電路、電橋電路等對稱平衡結(jié)構(gòu)來抗干擾，在測控環(huán)境中盡量在恒溫室內(nèi)進行，還可采用熱屏蔽，即用導熱性能良好的金屬材料做成防護罩，將某些對溫度變化敏感的元器件和電路中的關鍵元器件或組件，甚至整臺裝置包圍起來，以使罩內(nèi)溫度場均勻和恒定，有效地防止熱電勢的產(chǎn)生。 （3）光干擾 在測控裝置中廣泛使用著各種半導體元器件，由于半導體材料在光照作用下會激發(fā)空穴電子對，使半導體元器件產(chǎn)生電勢或引起阻值的變化，從而影響測控裝置的正

4、常工作。 為了防止光干擾，將半導體元器件封裝在不透光的殼體內(nèi)，對于具有光敏作用的元器件，尤其應注意光的屏蔽問題。（4）濕度干擾 環(huán)境濕度增大會使絕緣體的絕緣電阻下降，漏電流增大；使電介質(zhì)的介電常數(shù)增大，造成電容器的電容量增大；使電感線圈的Q值(品質(zhì)因數(shù))下降；使金屬材料生銹等，勢必影響測控裝置的正常工作。 為此在設計、制造和使用時應考慮潮濕的防護與隔離問題。例如，電氣元件和印刷電路板的浸漆、環(huán)氧樹脂封灌和硅橡膠封灌等。 （5）化學干擾 對化學物品，如酸、堿、鹽及腐蝕氣體等，一方面通過其化學腐蝕作用損壞裝置的元器件；另一方面與金屬導體形成化學電勢。因此，良好的密封和注意清潔，對測控裝置是非常重要

5、的防護化學干擾的措施。 （6）固有噪聲干擾 在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲1。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導體散粒噪聲和接觸噪聲。 電阻熱噪聲：任何電阻即使不與電源相接，在它的兩端也有一定的噪聲電壓產(chǎn)生，這個噪聲電壓是由于電阻中的電子無規(guī)則的熱運動引起的。 散粒噪聲：在半導體中，載流子的隨機擴散以及電子空穴對隨機發(fā)生及復合形成的噪聲稱為散粒噪聲。從整體看，散粒噪聲使流過半導體的電流產(chǎn)生隨機性的漲落，干擾測量結(jié)果。減小半導體器件的電流，減小電路的帶寬，能減小散粒噪聲的影響。 接觸噪聲：接觸噪聲是由元器件之間的不完全接觸，從而形成電導率的起伏而引起的，它發(fā)

6、生在兩個導體連接的地方，如開關、繼電器觸點、電阻、晶體管內(nèi)部的不良接觸等。接觸噪聲是低頻電路中的主要噪聲，減小流過觸點的直流電流可減小接觸噪聲的影響。 2、破壞干擾途徑 干擾必須通過一定的干擾途徑侵入測控裝置才會對測量結(jié)果造成影響。干擾途徑有“路”和“場”兩種形式。凡干擾源通過電路的形式作用于被干擾對象的，都屬于“路”的干擾，如通過漏電阻、電源及接地線的公共阻抗等引入的干擾。凡干擾源通過電場、磁場的形式作用于被干擾對象的，都屬于“場”的干擾，如通過分布電容、分布互感等引入的干擾。 （1）抑制以“路”形式侵入的干擾 1)通過泄漏電阻的干擾 元件支架、探頭、接線柱、印刷電路以及電容器絕緣不良，使噪

7、聲源得以通過這些漏電阻作用于有關電路而造成的干擾稱為泄漏電阻的干擾。被干擾點的等效阻抗越高，由泄漏而產(chǎn)生的干擾影響越大。 要消除由泄漏電阻引起干擾的一種辦法是使用接地保護環(huán)，所謂接地保護環(huán)是在印刷電路板上，制做一個接地的環(huán)狀印刷電路，將高輸人阻抗的元件電路及單元包圍在環(huán)的里面，由泄漏電阻引起的泄漏電流直接通過接地保護環(huán)流人地線而不影響被保護電路。 2)通過共阻抗耦合的干擾 共阻抗耦合的干擾是指當兩個或兩個以上的電路共同享有或使用一段公共的線路，而這段線路又具有一定的阻抗時，這個阻抗成為這兩個電路的共阻抗，第二個電路的電流流過這個共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為第一個電路的干擾電壓。 3)經(jīng)電源配電回路

8、引入的干擾 交流供電配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當于一個吸收各種干擾的網(wǎng)絡，而且十分方便地以電路傳導的形式傳遍各處，并經(jīng)檢測裝置的電源線進入儀器內(nèi)部造成干擾。最明顯的是電壓突跳和交流電源波形畸變使工頻的高次諧波經(jīng)電源線進入儀器的前級電路。 對于以“路”的形式侵入的干擾，可采取諸如提高絕緣性能的方法以抑制泄漏電流的干擾途徑；采用隔離變壓器、光電繼電器等切斷干擾途徑；采用濾波、選頻、屏蔽等技術手段將干擾信號引開；對數(shù)字信號可采用整形、限幅等信號處理方法切斷干擾途徑；改變接地形式以消除共阻抗耦合干擾途徑等。 （2）抑制以“場”形式侵入的干擾 對于“場”的形式侵入的干擾，一般采取各種屏蔽措施，如靜電屏蔽

9、、磁屏蔽、電場屏蔽等，也可以兼用對付“路”的某種措施。 通常，電磁感應用兩種，一種是靜電感應，一種是磁感應。由于靜電感應是通過靜電電容(C)構(gòu)成的，故一般也稱作C耦合。而磁感應是通過磁場相互感應(M)構(gòu)成的，故一般也稱作M耦合。為控制這兩種耦合，通常采用靜電屏蔽和電磁屏蔽。 1)靜電感應與靜電屏蔽 所謂靜電感應，即當兩條線路位于地線之上時，若相對于地線對半導體l加U1的電壓，則導體2也將產(chǎn)生與U1成比例的電壓U2。也就是說，由于導體之間必然存在靜電電容，若設電容為C10、C12和C20，則電壓U1就被C12和C20分為兩部分，該被分開的電壓就為U2，控制電壓U2的就是靜電感應電壓。對付靜電感應

10、干擾的辦法是靜電屏蔽。屏蔽線就是利用這一原理的線路。屏蔽線的首要目的是靜電屏蔽，但也可有效地用于控制M耦合。根據(jù)上述說明，顯然在采用屏蔽線實現(xiàn)靜電屏蔽時，屏蔽必須接地才能收到好的效果。 2)電磁感應與電磁屏蔽 所謂電磁感應，即回路與回路之間(也可說是指線圈與線圈之間，但傳感器回路很少使用線圈，故回路大多為配線方面的問題)的電磁耦合。對付電磁感應干擾的辦法是電磁屏蔽。 3、削弱接收電路對噪聲干擾的敏感性 高輸入阻抗的電路比低輸人阻抗的電路易受干擾，模擬電路比數(shù)字電路抗干擾能力差等，這些都說明，對于被干擾對象來說存在著對干擾的敏感性問題。在電路中采用選頻措施就是削弱電路對全頻帶噪聲的敏感性；在電路

11、中采用負反饋就是削弱電子裝置內(nèi)部噪聲源影響的有力措施；其它如對信號傳輸線采用雙絞線、對輸入電路采用對稱結(jié)構(gòu)等措施，都是削弱電子裝置對噪聲的敏感性。 4、接地技術 （1）地線的種類 接地起源于強電技術，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為“保安地線”(Safe wire)。 1)模擬信號地線它是模擬信號的零信號電位公共線，因為模擬信號有時較弱、易受干擾，所以對模擬信號地線的面積、走向、連接有較高的要求。 2)數(shù)字信號地線它是數(shù)字信號的零電子公共線。由于數(shù)字信號處于脈沖工作狀態(tài)，動態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為了避免數(shù)字信號的干擾，所以它應與模擬信號地

12、線分別設置為宜。 3)信號源地線傳感器可看作是測量裝置的信號源，通常傳感器裝設在生產(chǎn)設備現(xiàn)場，而測量裝置設在離現(xiàn)場一定距離的控制室內(nèi)，從測量裝置的角度看，可以認為傳感器的地線就是信號源地線。它必須與測量裝置進行適當?shù)倪B接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。 （2）一點接地原則 對于上述四種地線一般應分別設置，在電位需要連通時，也必須仔細選擇合適的點，在一個地方相連，才能消除各地線之間的干擾。 1)單級電路的一點接地原則 現(xiàn)舉單級選擇放大器為例來說明單級電路的一點接地原則。 2)多級電路的一點接地原則 3)檢測系統(tǒng)的一點接地原則 (3)屏蔽浮置技術 若測量裝置電路與大地之間沒有任何導電性的直流聯(lián)系

13、就稱為浮置，采用干電池的萬用表就是浮置的特例。 采用三重靜電屏蔽的目的，一是不使電網(wǎng)的交流干擾電壓引入測量裝置內(nèi)，二是使大地電位差產(chǎn)生的干擾電流無法流經(jīng)信號線。 必須指出的是，浮置屏蔽是一種十分復雜的技術，在設計、安裝檢測系統(tǒng)時，必須注意不使屏蔽線外皮與測量裝置的外殼短路；應盡量減小各不同類型屏蔽之間的分布電容及漏電；盡量保證電路對地的對稱性等等，否則“浮置”的結(jié)果有時反而會引起意想不到的嚴重干擾。 5、濾波技術 濾波器(Filter)是抑制交流差模干擾的有效手段之一。下面分別介紹檢測技術中常用的幾種濾波電路。 (1)RC濾波器 當信號源為熱電偶、應變片等信號變化緩慢的傳感器時，利用小體積、低

14、成本的無源RC濾波器將會對差模干擾有較好的抑制效果。應該注意的是，RC濾波器是以犧牲系統(tǒng)帶寬為代價來減小差模干擾的2。 (2)直流電源濾波器 直流電源往往為幾個電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個電路間互相干擾，應在每個電路的直流電源上加只LC濾波器。由于電解電容采用卷制工藝而含有一定的電感，在高頻時阻抗反而增大，所以需要在電解電容旁邊并聯(lián)一個0.01uF左右的磁介電容，用來濾除高頻噪聲。 6、光電耦合技術 目前，檢測系統(tǒng)越來越多地采用光電耦合器來提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。光電耦合器是一種電一光一電耦合gS件，它的輸入量是電流，輸出量也是電流，可是兩者之間從電氣上看卻是絕緣的。發(fā)光二極管一

15、般采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而光敏元件可以是光敏二極管、光敏三極管、達林頓管，甚至可以是光敏晶閘管、光敏集成電路等，發(fā)光二極管與光敏元件的軸線對準并保持一定的間隙。 這樣就實現(xiàn)了以光為媒介的電信號的傳輸。光電耦合器有如下特點： (1)輸人、輸出回路絕緣電阻高(大于10oQ)、耐壓超過lkV； (2)因為光的傳輸是單向的，所以輸出信號不會反饋影響輸入端： (3)輸入輸出回路完全是隔離的，能很好地解決不同電位，不同邏輯電路之間的隔離和傳輸?shù)拿堋?從上述幾個特點可以看出，使用光電耦合器能比較徹底地切斷大地電位差形成的環(huán)路電流。近年來，線性光電耦合6S的性能不斷提高，誤差可以小于千分之幾。 使用光電耦合的另一種辦法是先將前置放大器的輸出電壓進行AD轉(zhuǎn)換，然