智能仪器第六章课件.ppt

第六章 可靠性与抗干扰技术,主要内容： 一、干扰噪声的认识（三要素） 干扰源 耦合途径 接收器 二、电磁耦合干扰分析方法 三、抑制技术与措施,一、干扰噪声的认识,干扰源： 本征噪声源、人为噪声源、自然界干扰源 电磁干扰，光电干扰，机械干扰（摩擦起电、导体在磁场中运动、压电效应、震颤效应），其它噪声（电化学作用的化学湿电池，温度变化等）,电子系统受到外部电磁干扰,电力线,雷电,电台 电视台,交流供电电路,电动机,移动通讯,移动通信设备,天体电磁辐射,电子设备的干扰对其它电路系统的影响,传导噪声,电子系统内部不同电路单元之间 相互影响的几种形式,电场耦合 磁场耦合 公共阻抗,三种耦合途径,传导耦合：通过导体（导线）将噪声耦合进电路中。 最典型的例子是噪声通过电源线传入电路。 公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，就会产生公共阻抗噪声耦合。 电磁场耦合：只要电荷发生移动，所有的电路元件、导线都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别考虑电场和磁场；远场时，电磁联合辐射。,共地 阻抗耦合,共源 阻抗耦合,二、电磁场耦合分析方法,电磁场麦克斯韦方程分析：三个空间变量（x，y，z）和时间（t）的函数，复杂 电路等效近似分析技术（集总参数元件）, 电容性耦合,Zi,Cm,EN,UN,A,B, 互感耦合,UN,M,IN, 漏电耦合,UN,Rm,EN,B,A,Zi,低频电磁干扰的电路等效近似分析技术（集总参数元件,消除空间变量） 电场被限定在电容器内部：关注电压 磁场被限定在电感器内部：关注电流 电路尺寸相对波长很小,AB导线是50Hz的220V电源线，Vi有效值1.4mV,C=2PF,du/dt=2V/s 分布电容C=2PF 近似可得 IC du/dt=4A Ri=10K,Vi=40mV,电流磁场电磁感应 互感模型: v=Mdi/dt,高频电磁辐射耦合,电磁波波长:=波速V/频率f，波速与传播介质有关； 在空气中大约3108m/s，1MHz信号的波长300m， 1GHz， =0.3m. 近场和远场: 源、介质、距离r=/2为分界点,近场 感应场,远场 辐射场,波阻抗：Z=E/H，在远场条件下，E/H大小等于介质的特性阻抗，如空气或自由空间E/H=ZO=377,近场条件下： 电场和磁场分别考虑，高电压小电流以电场为主；低电压大电流以磁场为主。,电场占优：E1/r3、H 1/r2,磁场占优：E1/r2、H 1/r3,三、抑制电磁干扰的主要技术,消除或抑制噪声源 破坏干扰的耦合通道 消除接收电路对干扰的敏感性 采用软件抑制干扰,电磁干扰噪声抑制,屏蔽 接地 平衡 滤波 隔离 阻抗大小控制 电缆设计 抵消技术,1、屏蔽： 静电屏蔽；电磁屏蔽；低频磁屏蔽,静电屏蔽,+Q,+Q,+Q,A,A,A,B,B,电磁屏蔽,ie,e,N,低频磁屏蔽,电磁兼容性（EMC）设计,EMI 滤 波 器,EMI滤波器综述 常见的电磁兼容元件 设计实例,重要的 必要的 可靠的 安静的,与众不同的EMI滤波器,EMI滤波器难以进行阻抗匹配 EMI滤波器出现饱和 无法用集总参数等效电路进行高频分析 要求能滤除共模干扰和差模干扰,EMI滤波器分类,反射式滤波器 阻挡EMI信号，通过有用信号 吸收式滤波器 吸收不需要的频率成分并将此成分的能量转换成热 能耗散出去 滤波连接器 从无引线，通过式电容概念引申而来的，在连接器上构成L型或者型滤波器,电 路 简 单,EMI滤波器的基本形式,设计EMI滤波器的注意点,频率特性 耐压性能 额定电流 阻抗特性 屏蔽 可靠性,瞬态干扰抑制,电快速瞬变脉冲群 影响对象：数字逻辑电路，软故障 浪涌（surge） 影响对象：传输或储存的数据，元器件，线路板 静电放电（ESD） 影响对象：髙输入阻抗电路，高压绝缘击穿，热失常,什么曲线 能干什么,饱和电感特性,非晶磁环磁滞特性曲线,特性曲线,非 理 想 的 电 容,电容主要分布参数 ESL 等效串连电感 ESR 等效串连电阻 EPR 等效并联电阻,各 式 各 样 的 电 容,云母电容,电解电容,高压电容,穿心电容,法拉电容,聚苯电容,薄膜电容,三端电容器,胆电容,校正CBB电容,独石电容,自热变阻电容器,不同的电容 不同的效果,未加入滤波措施,电 感,线圈的品质因数为： Q=L/R 电感的离散参数 分布电容 直流电阻,功率电感,模压线圈,空芯线圈,磁环线圈,棒状线圈,变压器,磁 性 材 料 磁 性 元 件,吸收磁珠用于抑制PCB板高频传导干扰,夹式磁环：安装方便，用于设备EMI结构优化,扁平吸收环用于数 据总线、数字信号线滤波,非晶材料,烧结铁氧体,作为尖峰抑制器使用,粉芯材料,NiMn软磁材料,二极管不同的性能不同的应用,TVS瞬变二极管,芯片热阻与脉冲持续时间关系图,TVS伏安特性,超快超软恢复二极管反向恢复时间,肖特基二极管 用于各种脉冲吸收场合，trr4ns 变阻二极管,其他常用EMI抑制元件,压敏电阻 没有脉冲时呈高阻值状态，一旦响应脉冲电压，立即将电压限制到一定值，阻抗突变为低值 1、高压型压敏电阻 2、高能型压敏电阻 3、纳米添加法 气体放电管 极间的电场强度超过气体的击穿强度，引起间隙放电，限制极间电压 火花间隙 电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地,EMI滤波器成品,EMI滤波器特性曲线均在50ohm源阻抗下获得，在选用EMI滤波器时，不能单纯考虑