第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件

1、第八章 電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題第八章 電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 在工業(yè)測試現(xiàn)場存在著嚴(yán)重的干擾，如聲、電、光、磁、振動，以及化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等。這些干擾會對安裝在工業(yè)現(xiàn)場的測量造成影響，輕則影響其精度，重則是系統(tǒng)無法工作。8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 在工業(yè)測試第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計一、干擾源簡介1、外部干擾（1）自然干擾：只能對電子系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的自然現(xiàn)象，如雷電、宇宙輻射、太陽黑子的活動及空間電離層的變化等，即

2、主要來自天空。 因此這種干擾主要影響通信設(shè)備等高頻電子設(shè)備，對工業(yè)用的電子系統(tǒng)，雖然有一定影響，但影響不大。8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計一、干擾源簡介（2）人為干擾：指由各種電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場，電火花造成的干擾。 如電火花加熱、電弧焊接、高頻加熱、可控硅整流、開關(guān)電源等強電系統(tǒng)。這些干擾源主要通過供電電源，以及向周圍產(chǎn)生電磁場來影響電子系統(tǒng)。（2）人為干擾：指由各種電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場，電火花造成的第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件二、內(nèi)部干擾熱噪聲：主要由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無規(guī)則的熱運動所產(chǎn)生的。這種噪聲除了在超低溫外事不可避免的。溫度越低噪聲越小，所以要盡量抑制溫度的上升。接觸不良引

3、起的噪聲：電路布線的連接不牢或接觸不良引起的噪聲。二、內(nèi)部干擾感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的靜電感應(yīng)而造成的各電路的相互干擾所引起的噪聲。信號失真引起的噪聲：信號波形在電路中失真畸變而引起的噪聲。自激振蕩：具有放大功能的電路，其輸出信號的一部分通過“寄生耦合”以正反饋的方式加到電路的輸入端而產(chǎn)生不需要的自激振蕩形成的噪聲。感應(yīng)噪聲：由于電路元件或布線間的靜電感應(yīng)而造成的各電路的相互二、干擾的傳輸方式 干擾源對測量控制系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響應(yīng)具備三個因素：干擾源、測量系統(tǒng)對干擾具有敏感的接收電路、干擾源與測量系統(tǒng)之間具有合適的傳輸方式耦合。 二、干擾的傳輸方式1、電容性干擾（電場耦合） 在電路板上所

4、有相互絕緣的導(dǎo)線或支路都存在寄生電容，放大器輸入引線和輸出引線、外界電力線等電器設(shè)備之間也存在著寄生電容。寄生電容的存在會使一條支路（或元件）上的電荷通過寄生電容傳送到另條支路上，通常稱這種傳輸方式為電容性耦合，亦稱電場耦合。1、電容性干擾（電場耦合）第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件2、互感性耦合（磁場耦合） 互感性耦合的實質(zhì)是磁場耦合，因為互感的存在，會在被干擾電路產(chǎn)生干擾電壓，形成干擾。 2、互感性耦合（磁場耦合）3、漏電流耦合 由于元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)等都是有一定的絕緣電阻的，因此流過絕緣電阻的漏電流也會耦合干擾。特別是當(dāng)漏電流流入高輸入電阻放大器的輸入級時，其

5、影響特別嚴(yán)重。3、漏電流耦合4、共阻抗耦合 共阻抗是指兩個（或兩個以上）電路所共有阻抗。共阻抗耦合是指當(dāng)一個電路中的電流流過公共阻抗時，在公共阻抗上產(chǎn)生一定的壓降，此時，共阻抗上的電壓就是其他電路的干擾電壓。 共阻抗耦合干擾是電子系統(tǒng)中最常見的，如幾個電路共用一個直流電源供電時，直流電源內(nèi)部電阻就是共阻抗；在多級放大器中，各放大級會通過地線電阻產(chǎn)生相互干擾。4、共阻抗耦合第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件三、電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 1、抑制干擾的三種方法（1）消除干擾源“滅”干擾的方法 一般情況下，干擾都應(yīng)該消除。若不能消除，可采用其他方法。三、電子系統(tǒng)的抗

6、干擾設(shè)計（2）破壞干擾的傳輸途徑“阻止”干擾的方法 對于以“路”的形式傳輸?shù)母蓴_，如共阻 抗耦合、漏電流耦合，可采用合理接地技術(shù)、提高絕緣性能、隔離變壓器等。 以“場”的形式傳輸?shù)母蓴_，一般采用屏蔽和接地技術(shù)。（2）破壞干擾的傳輸途徑“阻止”干擾的方法（3）提高接收電路抗干擾能力“抗”的方法 一般情況下 高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路更容易受到干擾的影響。 布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的電子裝置更易受外來干擾。 模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。（3）提高接收電路抗干擾能力“抗”的方法 2、抗干擾設(shè)計(1)屏蔽技術(shù) 屏蔽技術(shù)的基本原理時把電路線和磁力線的影響限制在某一個范圍，即隔離“場”的耦合

7、。常用低電阻的金屬材料（如銅和鋁）制成一個空腔的金屬盒，將電路置于屏蔽盒，并將屏蔽良好地接大地（靜電屏蔽）；用高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金，做屏蔽罩，使干擾磁場的磁力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路，防止低頻磁場干擾。 2、抗干擾設(shè)計第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件 常利用設(shè)備外殼做屏蔽，應(yīng)注意與電路地實現(xiàn)良好的搭接。若采用塑料機箱，在必要時，應(yīng)在內(nèi)部噴涂金屬作為屏蔽層。 常利用設(shè)備外殼做屏蔽，應(yīng)注意與電路地實現(xiàn)良好的搭接。若采（2）注意元件的安裝位置與角度。特別是變壓器、電感線圈等產(chǎn)生的磁場具有特定的方向性應(yīng)考慮它們對其它電路的影響。（3）采用雙絞線、同軸電纜作為長距離信號的傳導(dǎo)線.（2）注意元件的安裝

8、位置與角度。特別是變壓器、電感線圈等產(chǎn)生（4）采用變壓器隔離（4）采用變壓器隔離（5）采用光電耦合器隔離 （5）采用光電耦合器隔離（6）濾波 采用濾波器使信號與干擾在頻譜上分離。為了減少寬帶噪聲干擾，在可能條件下，使電路的各個環(huán)節(jié)做成窄帶，以限制噪聲。（6）濾波 采用濾波器使信號與干擾在頻譜上分離。為了減少寬帶（7）接地 電器設(shè)備的安全地線：在電器設(shè)備中，為了確保安全，把三相四線制電網(wǎng)的零線、機殼底盤及人易接觸的導(dǎo)電部分接大地，以防漏電造成人身事故。 電子裝置的信號地：一般指與電信號的基準(zhǔn)電位相連的導(dǎo)線。模擬信號地線：指模擬信號電位為零的公共線。數(shù)字信號地線：數(shù)字信號零電平的公共線。（7）接地

9、 電路的接地準(zhǔn)則：為防止電路中的公共地線電阻引起干擾，采用一點接地。即把電路按其功能及信號強弱分為若干子電路，每個子電路在一點接地，然后把這些子電路的地線又在一點接地組成系統(tǒng)地。 電路的接地準(zhǔn)則：為防止電路中的公共地線電阻引起干擾，第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件 溫度對電子設(shè)備的影響：使性能下降，不能穩(wěn)定可靠工作，直至器件受損至毀壞。 熱設(shè)計的目標(biāo)：使設(shè)備的整機溫度和內(nèi)部各部分電路元件之間的溫度分布保持在一個控制值之內(nèi)，對于一般器件的器件工作溫度范圍只有幾十或一百多攝氏度，溫度太低時，需要進行預(yù)熱升溫，達(dá)到器件工作溫度后方可正常工作。主要解決的問題是大

10、規(guī)模芯片和大功率電路自身發(fā)熱，要對其進行散熱降溫。 這里指的熱設(shè)計是對設(shè)備的發(fā)熱器件及整個設(shè)備的溫度進行控制而采取的措施。 溫度對電子設(shè)備的影響：使性能下降，不能穩(wěn)定可靠工作，一、功率器件的散熱 系統(tǒng)內(nèi)主要的發(fā)熱器件對多采用安裝散熱片，或局部風(fēng)冷的辦法。 對大的發(fā)熱元件應(yīng)留有較大的周圍空間，采用易于散熱的安裝形式。 通過EDA工具，可以根據(jù)所設(shè)計的PCB上的溫度分布效果圖，對元件排列位置和密度進行調(diào)整。PCB豎立安裝通常比橫臥安裝的散熱效果好。 一、功率器件的散熱二、整機的散熱 常用的方法是機箱開通風(fēng)孔，安裝排氣扇，盡量使主要發(fā)熱的元件處于風(fēng)路上。 通常電子設(shè)備的金屬外殼，常利用兼做散熱器，將

11、功率器件直接安裝在外殼上，但注意電絕緣和安全問題。二、整機的散熱8.3 可靠性設(shè)計 可靠性設(shè)計使指在設(shè)計電子系統(tǒng)時，不僅要關(guān)心系統(tǒng)的功能，還應(yīng)將可靠性列為一項可達(dá)到的指標(biāo)。即在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能。8.3 可靠性設(shè)計 可靠性設(shè)計使指在設(shè)計電子系統(tǒng)時，不僅要第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件在系統(tǒng)實現(xiàn)中，器件處于兩種可靠性結(jié)構(gòu)狀態(tài)：可靠性串聯(lián)結(jié)構(gòu)：N個元件中任何一個失效，都會引起整個系統(tǒng)的失效?？煽啃圆⒙?lián)結(jié)構(gòu)： N個元件全部失效，才會引起整個系統(tǒng)的失效。在系統(tǒng)實現(xiàn)中，器件處于兩種可靠性結(jié)構(gòu)狀態(tài)：第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實

12、現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件 大多數(shù)民用產(chǎn)品采用可靠性串聯(lián)結(jié)構(gòu)，除了選用失效率低的器件外，應(yīng)盡量采用集成度高的器件，以減少器件的總數(shù)。對于重要的系統(tǒng)，部件和電路可采用可靠性并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計或兩種結(jié)構(gòu)混合的設(shè)計方法。 大多數(shù)民用產(chǎn)品采用可靠性串聯(lián)結(jié)構(gòu)，除了第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件8.4 數(shù)字系統(tǒng)可測試性設(shè)計8.4 數(shù)字系統(tǒng)可測試性設(shè)計第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程

13、實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件8.5 PCB知識8.5 PCB知識第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實現(xiàn)中的問題課件模擬電路的調(diào)試（1）晶體管電路，若不正常工作

14、，首先斷開級聯(lián)與反饋，檢查工作點。（2）運放電路著重檢查差分輸入端電位。 排除自激故障，可斷開反饋，逐級將輸入端交流短路接地，針對自激原因，采用旁路電容、負(fù)反饋等措施改善。（3）模擬電路輸入阻抗的測量；采用電阻分壓法測量。（4）輸入短路等效噪聲測量。模擬電路的調(diào)試（1）晶體管電路，若不正常工作，首先斷開級聯(lián)與（5）網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性的測量：用掃頻儀幅頻特性，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或信號源加信號分析儀測試其幅頻或相頻特性。（6）失真度測量：采用失真度儀直接測量模擬電路的調(diào)試應(yīng)逐級跟蹤控制調(diào)試，主要難點：排除自激和降低系統(tǒng)的噪聲。（5）網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性的測量：用掃頻儀幅頻特性，用矢量網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù)字電路系統(tǒng)的調(diào)試主要調(diào)試儀器：中小規(guī)模數(shù)字集成電路：萬用表、邏輯筆和示波器大規(guī)模的復(fù)雜時序邏輯的系統(tǒng)：邏輯分析儀數(shù)字電路系統(tǒng)的調(diào)試主要調(diào)試儀器：數(shù)字系統(tǒng)常見的問題：（1）因電路延時或邏輯設(shè)計帶來的競爭冒險（2）組合邏輯電路輸出中的“毛刺”脈沖（3）負(fù)載過重等原因?qū)е碌臄?shù)字信號幅度達(dá)不到要求的電平數(shù)字系統(tǒng)常