第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件

1、第八章 電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題第八章 電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 在工業(yè)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)存在著嚴(yán)重的干擾，如聲、電、光、磁、振動(dòng)，以及化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等。這些干擾會(huì)對(duì)安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)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(jì) 在工業(yè)測(cè)試第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件8.1 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)一、干擾源簡(jiǎn)介1、外部干擾（1）自然干擾：只能對(duì)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(dòng)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(duì)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(jì)一、干擾源簡(jiǎn)介（2）人為干擾：指由各種電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，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(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)，電火花造成的第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)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(yùn)動(dòng)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(hào)失真引起的噪聲：信號(hào)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(hào)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(duì)測(cè)量控制系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響應(yīng)具備三個(gè)因素：干擾源、測(cè)量系統(tǒng)對(duì)干擾具有敏感的接收電路、干擾源與測(cè)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(chǎng)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(huì)使一條支路（或元件）上的電荷通過寄生電容傳送到另?xiàng)l支路上，通常稱這種傳輸方式為電容性耦合，亦稱電場(chǎng)耦合。1、電容性干擾（電場(chǎng)耦合）第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件2、互感性耦合（磁場(chǎng)耦合） 互感性耦合的實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)耦合，因?yàn)榛ジ械拇嬖?，?huì)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(chǎng)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(huì)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(jí)時(shí)，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(gè)（或兩個(gè)以上）電路所共有阻抗。共阻抗耦合是指當(dāng)一個(gè)電路中的電流流過公共阻抗時(shí)，在公共阻抗上產(chǎn)生一定的壓降，此時(shí)，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(gè)電路共用一個(gè)直流電源供電時(shí)，直流電源內(nèi)部電阻就是共阻抗；在多級(jí)放大器中，各放大級(jí)會(huì)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(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件三、電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 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(jì)（2）破壞干擾的傳輸途徑“阻止”干擾的方法 對(duì)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(chǎng)”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(jì)(1)屏蔽技術(shù) 屏蔽技術(shù)的基本原理時(shí)把電路線和磁力線的影響限制在某一個(gè)范圍，即隔離“場(chǎng)”的耦合

7、。常用低電阻的金屬材料（如銅和鋁）制成一個(gè)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(chǎng)的磁力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路，防止低頻磁場(chǎng)干擾。 2、抗干擾設(shè)計(jì)第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)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(shí)現(xiàn)良好的搭接。若采用塑料機(jī)箱，在必要時(shí)，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(shí)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(chǎng)具有特定的方向性應(yīng)考慮它們對(duì)其它電路的影響。（3）采用雙絞線、同軸電纜作為長(zhǎng)距離信號(hào)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(hào)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(gè)環(huán)節(jié)做成窄帶，以限制噪聲。（6）濾波 采用濾波器使信號(hào)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(jī)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(hào)地：一般指與電信號(hào)的基準(zhǔn)電位相連的導(dǎo)線。模擬信號(hào)地線：指模擬信號(hào)電位為零的公共線。數(shù)字信號(hào)地線：數(shù)字信號(hào)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(diǎn)接地。即把電路按其功能及信號(hào)強(qiáng)弱分為若干子電路，每個(gè)子電路在一點(diǎn)接地，然后把這些子電路的地線又在一點(diǎn)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(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件 溫度對(duì)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(jì)的目標(biāo)：使設(shè)備的整機(jī)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(gè)控制值之內(nèi)，對(duì)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(shí)，需要進(jìn)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(duì)其進(jìn)行散熱降溫。 這里指的熱設(shè)計(jì)是對(duì)設(shè)備的發(fā)熱器件及整個(gè)設(shè)備的溫度進(jìn)行控制而采取的措施。 溫度對(duì)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(duì)多采用安裝散熱片，或局部風(fēng)冷的辦法。 對(duì)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(jì)的PCB上的溫度分布效果圖，對(duì)元件排列位置和密度進(jìn)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(jī)的散熱 常用的方法是機(jī)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(jī)的散熱8.3 可靠性設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)使指在設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)時(shí)，不僅要關(guān)心系統(tǒng)的功能，還應(yīng)將可靠性列為一項(xiàng)可達(dá)到的指標(biāo)。即在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能。8.3 可靠性設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)使指在設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)時(shí)，不僅要第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件在系統(tǒng)實(shí)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(gè)元件中任何一個(gè)失效，都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的失效?？煽啃圆⒙?lián)結(jié)構(gòu)： N個(gè)元件全部失效，才會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的失效。在系統(tǒng)實(shí)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(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)

12、現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)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(duì)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(jì)或兩種結(jié)構(gòu)混合的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件8.4 數(shù)字系統(tǒng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)8.4 數(shù)字系統(tǒng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程

13、實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件8.5 PCB知識(shí)8.5 PCB知識(shí)第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問題課件第八章-電子系統(tǒng)工程實(shí)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(jí)聯(lián)與反饋，檢查工作點(diǎn)。（2）運(yùn)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(jí)將輸入端交流短路接地，針對(duì)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(cè)量；采用電阻分壓法測(cè)量。（4）輸入短路等效噪聲測(cè)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(jí)聯(lián)與（5）網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性的測(cè)量：用掃頻儀幅頻特性，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或信號(hào)源加信號(hào)分析儀測(cè)試其幅頻或相頻特性。（6）失真度測(cè)量：采用失真度儀直接測(cè)量模擬電路的調(diào)試應(yīng)逐級(jí)跟蹤控制調(diào)試，主要難點(diǎn)：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(cè)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(shí)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(shí)或邏輯設(shè)計(jì)帶來的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)（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(hào)幅度達(dá)不到要求的電平數(shù)字系統(tǒng)常