硬件抗干扰技术

1、硬件抗干扰技术基本概念 干扰 有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素 干扰信号形式 周期性干扰 随机干扰 干扰途径 场：电场、磁场、电磁场 （耦合） 路：信号回路、电源回路、接地 （传导） 干扰作用形式 串模干扰 共模干扰过程通道抗干扰技术 串模干扰（常态干扰） 叠加在有用信号上的干扰 有用信号通常是直流信号或变化缓慢的交流信号 干扰信号通常是脉冲或变化较快的交流信号 （如：50Hz工频交流）UsUnAD转换器Us 信号源Un 干扰源串模干扰的抑制方法 低通滤波图中参数可使50Hz串模干扰衰减600倍AD转换器输入信号75757575500uF500uFL() dB1/ T-

2、40dB/dec双积分式AD转换器控制逻辑计数器-Vref 2Vx 1sRCtUc0T1t1T2 t2t2双积分式AD转换器 抗干扰能力强 取积分时间为交流干扰信号周期的整数倍可消除周期性干扰 对脉冲信号取平均值可削弱随机干扰提高信号噪声比 对主要来自电磁感应的串模干扰，可采用以下措施提高信号噪声比 在信号源处将有用信号放大 对传感器和传输线进行屏蔽 仅可能将AD转换提到前端逻辑信号抗干扰 采用阈值电平高的高抗干扰逻辑器件 采用施密特触发器作输入门 采用低速逻辑器件 用附加电容降低逻辑器件工作速度双绞线传输共模干扰（共态干扰） 同时加在差动输入的放大器或AD转换器两个输入端的干扰信号。 共模干

3、扰通常是由信号源和控制计算机之间的接地电位差造成的。 共模干扰可以是交流或直流电压，其幅值可达几伏甚至更高。UsUcmAD转换器共模干扰转换为串模干扰 单端输入 全部共模干扰转换为串模干扰 差动输入 由于电路不完全对称部分共模干扰转换为串模干扰UsUcmZsZcUsUcmZs1Zc1Zs2Zc2AB共模拟制比（CRRM)20lg()UcmCMMRdBUnUcm 为共模干扰电压Un 为转化成的串模干扰电压CRRM 表示了一个电路抑制共模干扰的能力共模干扰的抑制方法 隔离（切断共模回路） 变压器隔离 因为要隔离的是直流信号或变化很缓慢的信号，所以需要先将其调制成交流信号，经变压器隔离后，再解调成直

4、流信号。 光电隔离 要用线性光耦，但线性光耦的非线性也较大，需要进行非线性校正。浮地屏蔽技术外屏蔽 设备的机壳作为一屏蔽层。内屏蔽 在设备内再用一个屏蔽盒将输入和转换部分屏蔽起来，该屏蔽盒称为内屏蔽盒，并和设备机壳绝缘。 内屏蔽盒和盒内电路的地也绝缘，内屏蔽盒的外壳连一根线接至信号线的屏蔽层。电源变压器的原边和副边分别屏蔽，原边屏蔽接到机壳，副边屏蔽接到浮地屏蔽盒，采用这种措施可使共态抑制比达到 120dB 以上。采用仪表放大器121RRAfRfRfR13123121233121212A CMRRCMRRCMRRA CMRRCMRRCMRRCMRRCMRRA CMRRCMRRCMRRCMRRC

5、MRRCMRR若则长线传输干扰 长线： 传输线的长度与信号波长相当则为长线传输 信号在长线中传输会有延迟及波反射。长线传输干扰抑制方法 用阻抗匹配消除波反射 传输线波阻抗（Rp) 双绞线波阻抗 100200 同轴电缆波阻抗 50100 终端匹配 取 R = Rp 始端匹配 取 R = Rp - Rsc主机抗干扰技术 看门狗（Watchdog） 掉电检测及保护MAX1232 功能 看门狗 看门狗定时时间： 150ms 600ms 1.2s TD = 0V 悬空 Vcc 复位看门狗 ST=0 电源监测 电源容差 5% 10% TOL = GND Vcc 手动复位 PBRST=0MAX1232掉电保

6、护与恢复运行 掉电保护 及时监测到掉电 保护运行中的数据及专用寄存器状态 做好掉电标志 恢复运行（复位） 检查掉电标志 恢复运行中的数据及专用寄存器状态系统供电与接地技术 供电技术 一般供电结构 电源异常保护 UPS供电交流稳压器低通滤波器直流稳压器控制计算机220V AC接地技术 地线系统分析 模拟地 模入/模出通道的直流零电位 数字地 数字电路逻辑信号参考点 安全地（保护地） 设备机壳接地 系统地 以上几种地线的回流点 交流地 计算机交流供电零线 低频： 一点接地 高频： 多点接地低频接地技术 一点接地方式 串联一点接地 并联一点接地 将信号地、噪声地、保护地分别连接后在一点接地电路1电路2电路3电路1电路2电路3r1r2r3r1r2r3i