電子電路論文抗干擾技術(shù)論文

1、.電子電路論文抗干擾技術(shù)論文電子電路抗干擾技術(shù)研究摘 要 在電子信息技術(shù)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(jí)電流下工作，電子電路很容易因干擾而導(dǎo)致工作失常。因此，干擾與抗干擾已成為當(dāng)今電子電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的內(nèi)容。本論文針對電網(wǎng)、地線、信號(hào)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(jìn)行研究。 關(guān)鍵詞 電子電路 抗干擾 一、干擾信號(hào) 在測控裝置電路中出現(xiàn)的無用的信號(hào)稱為噪聲，當(dāng)噪聲使電路無法正常工作時(shí)，噪聲就稱為干擾。衡量噪聲對有用信號(hào)的影響常用信噪比(S/N)來表示，它是指信號(hào)通道中有用信號(hào)功率P

2、S和噪聲功率PN之比或有用信號(hào)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(hào)可分為兩大類型：傳導(dǎo)型和輻射型。 二、抗干擾措施 干擾的形成必須同時(shí)具備三個(gè)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(gè)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(xì)地分析其種類和形式，才能提出有效的抗干擾措施。 （1）機(jī)械干擾 機(jī)械干擾是指機(jī)械的振動(dòng)或沖擊使檢測裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)、變形，使連接導(dǎo)線發(fā)生位移，使儀表指針發(fā)生抖動(dòng)等。對于機(jī)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(shè)備和元器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱

3、量所引起的溫度波動(dòng)，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(hù)措施：在電路中采用溫度補(bǔ)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(jìn)行，還可采用熱屏蔽，即用導(dǎo)熱性能良好的金屬材料做成防護(hù)罩，將某些對溫度變化敏感的元器件和電路中的關(guān)鍵元器件或組件，甚至整臺(tái)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(dǎo)體元器件，由于半導(dǎo)體材料在光照作用下會(huì)激發(fā)空穴電子對，使半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)注意光的屏蔽問題。（4）濕度干擾 環(huán)境濕度增大會(huì)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(shè)計(jì)、制造和使用時(shí)應(yīng)考慮潮濕的防護(hù)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(xué)干擾 對化學(xué)物品，如酸、堿、鹽及腐蝕氣體等，一方面通過其化學(xué)腐蝕作用損壞裝置的元器件；另一方面與金屬導(dǎo)體形成化學(xué)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(hù)化學(xué)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(jī)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(dǎo)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(gè)噪聲電壓是由于電阻中的電子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)引起的。 散粒噪聲：在半導(dǎo)體中，載流子的隨機(jī)擴(kuò)散以及電子空穴對隨機(jī)發(fā)生及復(fù)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(dǎo)體的電流產(chǎn)生隨機(jī)性的漲落，干擾測量結(jié)果。減小半導(dǎo)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(dǎo)率的起伏而引起的，它發(fā)

6、生在兩個(gè)導(dǎo)體連接的地方，如開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、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(diǎn)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(huì)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(guān)電路而造成的干擾稱為泄漏電阻的干擾。被干擾點(diǎn)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(hù)環(huán)，所謂接地保護(hù)環(huán)是在印刷電路板上，制做一個(gè)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(hù)環(huán)流人地線而不影響被保護(hù)電路。 2)通過共阻抗耦合的干擾 共阻抗耦合的干擾是指當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)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(shí)，這個(gè)阻抗成為這兩個(gè)電路的共阻抗，第二個(gè)電路的電流流過這個(gè)共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為第一個(gè)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(dāng)于一個(gè)吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò)，而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳遍各處，并經(jīng)檢測裝置的電源線進(jìn)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(jìn)入儀器的前級(jí)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(shù)手段將干擾信號(hào)引開；對數(shù)字信號(hào)可采用整形、限幅等信號(hào)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(yīng)用兩種，一種是靜電感應(yīng)，一種是磁感應(yīng)。由于靜電感應(yīng)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(yīng)是通過磁場相互感應(yīng)(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(yīng)與靜電屏蔽 所謂靜電感應(yīng)，即當(dāng)兩條線路位于地線之上時(shí)，若相對于地線對半導(dǎo)體l加U1的電壓，則導(dǎo)體2也將產(chǎn)生與U1成比例的電壓U2。也就是說，由于導(dǎo)體之間必然存在靜電電容，若設(shè)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(yīng)電壓。對付靜電感應(yīng)

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(shí)現(xiàn)靜電屏蔽時(shí)，屏蔽必須接地才能收到好的效果。 2)電磁感應(yīng)與電磁屏蔽 所謂電磁感應(yīng)，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(yīng)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(fù)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(hào)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(shù) （1）地線的種類 接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，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(hào)地線它是模擬信號(hào)的零信號(hào)電位公共線，因?yàn)槟M信號(hào)有時(shí)較弱、易受干擾，所以對模擬信號(hào)地線的面積、走向、連接有較高的要求。 2)數(shù)字信號(hào)地線它是數(shù)字信號(hào)的零電子公共線。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，動(dòng)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(hào)的干擾源，為了避免數(shù)字信號(hào)的干擾，所以它應(yīng)與模擬信號(hào)地

12、線分別設(shè)置為宜。 3)信號(hào)源地線傳感器可看作是測量裝置的信號(hào)源，通常傳感器裝設(shè)在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場，而測量裝置設(shè)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(rèn)為傳感器的地線就是信號(hào)源地線。它必須與測量裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接才能提高整個(gè)檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。 （2）一點(diǎn)接地原則 對于上述四種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時(shí)，也必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個(gè)地方相連，才能消除各地線之間的干擾。 1)單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則 現(xiàn)舉單級(jí)選擇放大器為例來說明單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則。 2)多級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則 3)檢測系統(tǒng)的一點(diǎn)接地原則 (3)屏蔽浮置技術(shù) 若測量裝置電路與大地之間沒有任何導(dǎo)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(hào)線。 必須指出的是，浮置屏蔽是一種十分復(fù)雜的技術(shù)，在設(shè)計(jì)、安裝檢測系統(tǒng)時(shí)，必須注意不使屏蔽線外皮與測量裝置的外殼短路；應(yīng)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(shí)反而會(huì)引起意想不到的嚴(yán)重干擾。 5、濾波技術(shù) 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(shù)中常用的幾種濾波電路。 (1)RC濾波器 當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低

14、成本的無源RC濾波器將會(huì)對差模干擾有較好的抑制效果。應(yīng)該注意的是，RC濾波器是以犧牲系統(tǒng)帶寬為代價(jià)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(gè)電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間互相干擾，應(yīng)在每個(gè)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(shí)阻抗反而增大，所以需要在電解電容旁邊并聯(lián)一個(gè)0.01uF左右的磁介電容，用來濾除高頻噪聲。 6、光電耦合技術(shù) 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(dá)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(zhǔn)并保持一定的間隙。 這樣就實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)的傳輸。光電耦合器有如下特點(diǎn)： (1)輸人、輸出回路絕緣電阻高(大于10oQ)、耐壓超過lkV； (2)因?yàn)楣獾膫鬏斒菃蜗虻?，所以輸出信?hào)不會(huì)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(gè)特點(diǎn)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(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然