計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件：2-6 輸入輸出接口與過程通道(六)

1、第8講第2章 輸入輸出接口與過程通道（六） 1.串模抗干擾技術(shù) 2.共?？垢蓴_技術(shù) 3.長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法 0.與干擾相關(guān)的幾個(gè)概念2.5.1 過程通道抗干擾技術(shù) 干擾:就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。 抗干擾措施：硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施 干擾的來源：外部干擾和內(nèi)部干擾。 外部干擾：空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。 內(nèi)部干擾：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。0.與干擾相關(guān)的幾個(gè)概念分布電容： 分布電容是指由非電容形態(tài)形成的一種

2、分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式，在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。這種電容的容量很小，但可能對(duì)電路形成一定的影響。在對(duì)印制板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分考慮這種影響，尤其是在工作頻率很高的時(shí)候。分布電感： 在電路中，由于導(dǎo)線布線和元器件的分布而存在的電感叫分布電感。根據(jù)電感器的頻率特性，可以知道由于分布電感的數(shù)值一般不大，在低頻可以不考慮分布電感的影響，但對(duì)于高頻交流電路，分布電感的影響就不能忽略了。0.與干擾相關(guān)的幾個(gè)概念返回1.串模干擾及其抑制方法 (1)串模干擾 所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。也稱為常態(tài)干擾。一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二

3、級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。（2）串模干擾的抑制方法串模干擾的抑制方法應(yīng)從干擾信號(hào)的特性和來源入手。 采用低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。1.串模干擾及其抑制方法 當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。若干擾信號(hào)是周期性的而積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。 對(duì)于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信號(hào)噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。

4、1.串模干擾及其抑制方法從選擇器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。 采用雙絞線減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。 采用附加電容器降低某個(gè)邏輯電路的工作速度來抑制高頻干擾使得邏輯電路的工作速度較慢來抑制高頻干擾通過高閾值電平來抑制低頻噪聲干擾返回1.串模干擾及其抑制方法采用高抗擾度邏輯器件采用低速邏輯器件（1）共模干擾 共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。 共模干擾產(chǎn)生的原因：被測(cè)信號(hào)Us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的

5、電位差Ucm。 共模干擾示意圖2.共模干擾及其抑制方法 單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入 對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓。所以必須采用雙端輸入不對(duì)地方式。 ZS、ZS1、ZS2為信號(hào)源US的內(nèi)阻抗，ZC、ZC1、ZC2為輸入電路的輸入阻抗。共模干擾電壓Ucm對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端A和B的共模電壓為：2.共模干擾及其抑制方法兩個(gè)輸入端之間的共模電壓為 一般情況下，共模干擾電壓Ucm總是轉(zhuǎn)化成一定的串模干擾Un出現(xiàn)在兩個(gè)輸入端之間。 2.共模干擾及其抑制方法 為了衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR

6、(Common Mode Rejection Ratio)來表示，即 Ucm是共模干擾電壓，Un是Ucm轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓。 顯然，對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，說明無共模抑制能力。 對(duì)于雙端不對(duì)地輸入方式來說，由Ucm引入的串模干擾Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干擾能力越強(qiáng)。 2.共模干擾及其抑制方法(2)共模干擾的抑制方法 變壓器隔離 利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開來，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_，以使共模干擾電壓cm不成回路，從而抑制了共模干擾。 另外，隔離前和隔離后應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。 被測(cè)信號(hào)US經(jīng)放大后

7、，首先通過調(diào)制器變換成交流信號(hào)，經(jīng)隔離變壓器T傳輸?shù)礁边?，然后用解調(diào)器再將它變換為直流信號(hào)US2，再對(duì)US2進(jìn)行A/D變換。 2.共模干擾及其抑制方法 模擬信號(hào)US經(jīng)放大后，再利用光電耦合器的線性區(qū)，直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行光電耦合傳送。 為保證線性耦合，既要嚴(yán)格挑選光電耦合器，又要采取相應(yīng)的非線性校正措施，否則將產(chǎn)生較大的誤差。 光電隔離前后兩部分電路應(yīng)分別采用兩組獨(dú)立的電源。2.共模干擾及其抑制方法 光電隔離 浮地屏蔽 采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾。這是利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的“模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。2.共模干擾及其抑制方法 采用儀表放大器提高共模抑制比 儀表放大

8、器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門用來分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。 儀表放大器將兩個(gè)信號(hào)的差值放大。抑制共模分量是使用儀表放大器的唯一原因 。 AD620（低功耗，低成本，集成儀表放大器），還有AD623等等.返回2.共模干擾及其抑制方法3.長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法 （1）長(zhǎng)線傳輸干擾 長(zhǎng)線的“長(zhǎng)”是相對(duì)的； 信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問題： 一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾， 二是具有信號(hào)延時(shí)， 三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。 波反射現(xiàn)象：阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。 消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。 (2)長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法采用雙端輸入、平衡式發(fā)送方式，外加匹配電阻即終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常常采用雙絞線和同軸電纜作信號(hào)線雙