電子電路設(shè)計中的抗干擾措施探究,電氣工程論文

電子電路設(shè)計中的抗干擾措施探究,電氣工程論文內(nèi)容摘要：電子電路傳輸信息時不能遭受外界環(huán)境的影響,在實際運用中外界與人為原因帶來的電磁信號較多,這都會影響電路的正常運轉(zhuǎn)。要使電路具有抗干擾能力,就必需要采取一定的抗干擾措施。本文關(guān)鍵詞語：電子設(shè)計,干擾,抗干擾措施,濾波,耦合電子干擾對于電子電路的可靠性是一個極大的威脅,進而也會對電子電路工作能力產(chǎn)生影響。干擾一旦存在,電子電路是不可能牢固工作的,十分是在工作條件異常艱辛、干擾源既強大又多樣的情況下,更是如此。故而在設(shè)計環(huán)節(jié),干擾和抗干擾是要重點考慮的問題。首先要保證不能遭到別的產(chǎn)品的干擾,其次也不能擾亂別的產(chǎn)品的工作。不過,在工作中幾乎是不可能完全避免電氣噪聲和電磁干擾的出現(xiàn),因而即使是再優(yōu)秀的產(chǎn)品業(yè)不能實現(xiàn)這一點。但噪聲和干擾是會影響設(shè)備穩(wěn)定運行的,故而在設(shè)備成型之后還是那樣需要加裝抗干擾裝置,這項工作不但會浪費人力成本,也會加大資金成本的投入,且還可能會影響產(chǎn)品的性能。鑒于此,在設(shè)計之初,干擾抑制方案就必需要考慮進去。1干擾的定義干擾就是阻礙系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的不利因素,能夠來自于外界可以以產(chǎn)生于產(chǎn)品內(nèi)。在大的層面上來看,機電一體化系統(tǒng)中的干擾有很多:電磁干擾、溫度干擾和振動干擾等。華而不實電磁干擾出現(xiàn)的頻率最高,并且也是控制系統(tǒng)最大的敵人,至于其他的干擾一般都能夠借助一些物理手段來處理的。電磁干擾表述的是在工作條件下,因環(huán)境原因此出現(xiàn)的與有用信號沒有關(guān)聯(lián)的,同時又對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)和信息傳遞有不利影響的電氣變化現(xiàn)象。它會使數(shù)據(jù)出現(xiàn)瞬態(tài)突變,將誤差放大,乃至于產(chǎn)生假象,甚至由這些異常信號導致系統(tǒng)故障。每個干擾都是有源頭的,這些干擾源有的存在于系統(tǒng)之外,有的也是在系統(tǒng)之內(nèi)。電子系統(tǒng)的干擾信號種類很多,對于內(nèi)部干擾源而言,最主要的就是功率級內(nèi)高頻振蕩電路和功率級開關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲。反觀外部干擾源,有的是來自于周邊大功率用電設(shè)備的啟停,也有自然環(huán)境中雷電帶來的干擾。在實際環(huán)境中,干擾源是無法去除的,因而,以徹底去除干擾源的方式確保電路的正常運轉(zhuǎn)是不可能的。最好的方式就是根據(jù)實際環(huán)境阻遏干擾,強化系統(tǒng)對于不良干擾的應對能力,進而保證電子電路的運行不受影響。2電子電路中常見的抗干擾技術(shù)(1)來自電網(wǎng)的干擾。在工程上,發(fā)電廠出來的都是溝通電,在電路中使用的直流電源,基本都是經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓的處理得到的。因而,在這個經(jīng)過中,很容易摻入干擾信號,隨著干擾信號的參加系統(tǒng)也就不再穩(wěn)定了。(2)來自信號地之間的干擾。信號地指代信號電路、邏輯電路和控制電路的地。其連接勢必會借助導線來實現(xiàn),但是考慮到導線本身肯定會有阻抗,因而不同導線的電流也是有差異的。故而,也會帶來各個接地點電流的差異,進一步來看,各個點電位也是不一樣的。一般電路之間是要加設(shè)接地點的,希望以此來降低電流流經(jīng)公共阻抗時出現(xiàn)的耦合干擾,與此同時,要注意不能產(chǎn)生地環(huán)路電流,后者一旦出現(xiàn)就會和別的線路出現(xiàn)耦合干擾。(3)來自信號通道的干擾。測量、控制和通信假如發(fā)生在兩點距離較遠的情況時,系統(tǒng)中輸入輸出信號線就會變得非常長,兩線之間的間距又會比擬近,信號在線內(nèi)進行傳遞時,周邊磁場就會產(chǎn)生干擾,即便是相近的兩信號線之間也會出現(xiàn)串擾,甚至于地線都會出現(xiàn)干擾,如此一來,傳輸?shù)男盘柧蜁д?進而影響到電路的穩(wěn)定運行。(4)來自雜散電磁場的干擾。當放大電路附近出現(xiàn)雜散電磁場時,內(nèi)部的輸入電路與某些部件都將位于不斷變化的電磁場中,就會出現(xiàn)干擾電壓。對于一個放大器而言,十分是在倍率較高時,假如第一級出現(xiàn)干擾電壓,即使是只要一點點,但是經(jīng)過逐級放大,到最后輸出端出現(xiàn)的就是一個極大的干擾電壓。通過對上述4種干擾進行分析,毀壞性最大的就是來自電網(wǎng)和信號地之間的干擾,排在第二級的則是信號通道產(chǎn)生的干擾。除此之外,信號輻射的干擾也是存在的,但這一般不太重要,在處理措施上,只要能夠保證系統(tǒng)和干擾源留有一定的距離,或者有一定的屏蔽措施,就能夠妥善處理。3抗干擾措施3.1抗電網(wǎng)干擾的措施(1)溝通穩(wěn)壓器。該設(shè)備主要的作用就是為了確保供電的穩(wěn)定,主要是防止電源出現(xiàn)過電壓和欠電壓,進而保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。市場情況反響,溝通穩(wěn)壓器在價格上并不便宜,故而對于小型的電子電路而言,該設(shè)備不具有可選性,只要在大型電子電路中,或是明確指出需要嚴格抗干擾時,才會被采用。(2)電源濾波器。它在電路中位于變壓器之前,實現(xiàn)的功能就是只放過溝通50Hz基波,其他的高頻干擾信號則會被阻隔下來,如此一來就能夠明顯的改進電源波形。(3)帶有屏蔽層的電源變壓器。分布電容一般存在于一次線圈和二次線圈之間,這是高頻干擾信號最關(guān)鍵的通道,假如在這里間多加一個金屬屏蔽層,然后將其設(shè)備接地,就能夠很明顯的降低分布電容值,由此也能夠避免干擾流入二次側(cè)。(4)雙T濾波器。不可否認,濾波的存在將有效的阻止干擾的傳播。現(xiàn)實情況表示清楚,來自于干擾源的電磁干擾的頻譜是要明顯寬于待接收信號的。即接收器不僅會收到其想收的目的信號,還會接收到一些干擾信號。此時濾波的目的就在于此,有了濾波的存在,就能夠只收到目的信號,并去除干擾信號了。(5)(0.01～0.1)F的無極性電容。該元件旨在過濾高頻干擾。3.2信號地之間的抗干擾措施(1)單點接地。就是將所有地線接在一個點上,優(yōu)勢是不會產(chǎn)生環(huán)形地回路,也不會出現(xiàn)地環(huán)流,這就使得某一電路的接地點,只會與此電路的地電流和地阻抗相關(guān)聯(lián)。假設(shè)某些電路電流值特別小,地線之間的電壓也非常小,那么這種電路在距離比擬近的時候,就允許采用單點接地,考慮到其地線是比擬短的,所以電壓也比擬小,使互相之間的干擾也小多了。(2)串連接地。串連接地表示的是所有接地點都依次連接在一個地線上,由于串聯(lián)的特性,公用地線電流也就是所有接入地線電流之和。故而,各電路電位都受其他電路干擾,噪聲也就借助這些公共地線進行耦合。在抗干擾的層面上來看,這種接線方式是不正確的。不過,這種接法極為便捷,因而在工程中也有應用。這一點,在印制電路板的案例中最為明顯。(3)多點接地。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn),接地母線的制作工藝一般都是寬銅皮鍍銀,以此來減小阻抗。詳細做法是將所有電路的地線都接到附近的母線上,優(yōu)點是能夠有效的減小阻抗。常見于數(shù)字電路中。該電路中主要部件就是印刷板,其地線一般接在機架的母線上,然后母線的一側(cè)連接直流電源地線,值得一提的是這種形式僅用于高頻電路。(4)模擬地和數(shù)字地。電子電路里的信號是多樣的,不僅含有數(shù)字信號還含有模擬信號,并且數(shù)字電路經(jīng)常處于啟停狀態(tài),電流經(jīng)常有大幅度的波動,這種情況下假如還是使用電耦合,那么地線之間必然會出現(xiàn)干擾,進而使得模數(shù)轉(zhuǎn)換多樣。處理方案是,備好2套整流電路,將模擬電路和數(shù)字電路分開,至于兩個信號之間就需要借助光耦合器來耦合了,如此一來就完成了地線之間的隔離。3.3信號通道中的抗干擾措施(1)雙絞線傳輸,這種方案里各信號皆有2條互絞的線來傳輸,分別是信號線和地線。該形式在抗干擾領(lǐng)域中,多運用在抑制空間電磁干擾、線間串擾和信號地線干擾等?？臻g電磁場在各個絞環(huán)中帶來的感應電動勢都是一樣的,不過在每條線上,感應電動勢是能夠抵消的。故而,多數(shù)情況下對傳輸信號是沒有影響的。除此之外,在關(guān)聯(lián)的2條線上,信號電流是等大反向的,也就是講雙絞線是能夠處理串擾的,由于其對其他線是沒有互感的。再然后,每個信號的地線是互相分開的,這樣就能夠阻止信號經(jīng)過地線時的干擾。在使用這種方案時,需要考慮的問題:(1)對于長線傳輸需要重點考慮阻抗匹配問題,假如處理不當就會出現(xiàn)傳輸反射,就會使信號被毀壞。(2)即使是同一電子系統(tǒng),信號線間也有串擾的存在,但是信號線比擬短,故而影響也就相對較小。這里需要重點注意的是,強信號線與弱信號線需要分開布線。對于數(shù)字信號長線傳輸而言,考慮到傳輸距離的差異,雙絞線的運用方式也是不一樣的。假如傳輸距離5m,那么發(fā)送和接收端要1個負載電阻。假如距離比擬遠時,或者途徑區(qū)域有大的噪聲時,就可考慮使用平衡輸出的驅(qū)動器和平衡輸入的接收器。(2)光電耦合器的組件有發(fā)光二極管和光敏三極管,這兩者需要各自經(jīng)過絕緣處理,再被封在一起。這樣做的好處就是能夠抵抗各種噪聲的干擾,同時還能抑制尖峰脈沖,然后綜合性提升信噪比。信號是由發(fā)光二極管引進的,光線會進一步的傳播到光敏三極管基極上,由此就完成了光信號向電信號的轉(zhuǎn)變,同時再從集電極輸出。這就能夠看出,輸入與輸出之間是能夠互相隔開的,兩者間僅僅是光耦合,在電上是沒有關(guān)聯(lián)的。兩者的獨立性也就比擬高了。假設(shè)在電子系統(tǒng)中,各個輸入信號線和輸出信號線都使用的光電耦合器傳輸信號,那么之前出現(xiàn)的信號地線干擾,乃至于信號線噪聲干擾都是能夠避免的。主要原因是兩者地是互相獨立的,也就不會出現(xiàn)地線干擾了。然后,光耦合器輸入的阻抗是非常小的,但是其上的噪聲信號內(nèi)阻又是比擬大的。故而,縱然噪聲信號的幅值比擬大,但是經(jīng)過光耦合器時噪聲基本上是極小的,在影響上頂多產(chǎn)生很小的電流,基本上都不會使二極管發(fā)光,所以這也就阻止了噪聲信號的傳輸。3.4雜散電磁場的抗干擾措施(1)合理布局。在電子電路中,分布參數(shù)有著很大的意義,其事關(guān)被測電路元器件布置能否合理。高增益和高頻電路的輸入和輸出之間要有一定的距離。對有輸入變壓器的放大器而言,需要做的工作就是將變壓器內(nèi)的線圈布置的和干擾磁場垂直,進而來降低干擾電壓。電路的所有布線都要規(guī)范化、科學化,連線之間不要存在冗余。溝通、直流、弱信號等線要盡可能分開走,并且還要避免平行布線。鋪設(shè)的線路越長,其遭到的干擾就越大。(2)屏蔽。屏蔽分為2種:靜電屏蔽和磁屏蔽。在施行上是用屏蔽罩罩住干擾源,十分是要關(guān)注放大器的第一級,第一級的信號線選取特別重要,一般使用帶有金屬套的屏蔽線,后者外套還要進行接地處理。當抗干擾需求比擬嚴苛時,就需要對放大器本身做處理了,一般是將其屏蔽起來。靜電屏蔽有一個共同的特點,就是會使用電導率較高的物質(zhì),在本質(zhì)上進行分析就是屏蔽罩接地以后,干擾電流就會經(jīng)過它流入地下。同理,磁屏蔽運用的則是高磁導率的磁性材料。除此之外經(jīng)過大量測試,屏蔽罩的形式也會帶來一定的影響,圓柱形屏蔽罩在測試中性能最好。結(jié)束語綜上所述,電磁干擾在電子電路中是隨處可見的,假