《干扰噪声及其抑制》ppt课件

1、微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制主要内容：主要内容：一、干扰噪声的认识三要素一、干扰噪声的认识三要素 干扰源干扰源 耦合途径耦合途径 接纳器接纳器 二、电磁耦合干扰分析方法二、电磁耦合干扰分析方法三、抑制技术与措施三、抑制技术与措施微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制

2、 干扰源：干扰源： 本征噪声源、人为噪声源、自然界干扰源本征噪声源、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，温度变化等的化学湿电池，温度变化等 干扰源干扰源耦合通道耦合通道敏感接纳器敏感接纳器一、干扰噪声的认识一、干扰噪声的认识微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电子系统遭到外部电磁干扰电子系统遭到外部电磁干扰电力线电力线雷电雷

3、电电台电台电视台电视台交流供电电路交流供电电路电动机电动机挪动挪动通讯通讯设备设备天体电磁辐射天体电磁辐射微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电子设备的干扰对其它电路系统的影响电子设备的干扰对其它电路系统的影响传导传导噪声噪声微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal De

4、tection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电子系统内部不同电路单元之间相互影响的几种方式电子系统内部不同电路单元之间相互影响的几种方式电场耦合电场耦合磁场耦合磁场耦合公共阻抗公共阻抗微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制耦合途径耦合途径 传导耦合传导耦合 公共阻抗

5、耦合公共阻抗耦合 电源耦合电源耦合 电场耦合电场耦合 磁场耦合磁场耦合 电磁辐射耦合电磁辐射耦合微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制 传导耦合：经过导体导线将噪声耦合进电路中。最典传导耦合：经过导体导线将噪声耦合进电路中。最典型的例子是噪声经过电源线传入电路。型的例子是噪声经过电源线传入电路。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制 公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，

6、就会产生公共阻抗噪声耦合。就会产生公共阻抗噪声耦合。共地阻抗耦合共地阻抗耦合共源阻抗耦合共源阻抗耦合微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制 电磁场耦合：只需电荷发生挪动，一切的电路元件、导线电磁场耦合：只需电荷发生挪动，一切的电路元件、导线都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别思索电场和磁场；远场时，电磁结合辐射。思索电场和磁场；远场时，电磁结合辐射。电场耦合电场耦合-由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式, ,也也

7、称容性耦合称容性耦合磁场耦合磁场耦合-由于内部或外部空间电磁场感应的一种耦合方式由于内部或外部空间电磁场感应的一种耦合方式, ,也称电感性耦合或互感耦合也称电感性耦合或互感耦合电磁辐射耦合电磁辐射耦合-电磁场的辐射也会呵斥干扰耦合，是一种无电磁场的辐射也会呵斥干扰耦合，是一种无规那么的干扰。这种干扰很容易经过电源线传到系统中去。规那么的干扰。这种干扰很容易经过电源线传到系统中去。另当信号传输线较长时，它们能辐射干扰波和接纳干扰波，另当信号传输线较长时，它们能辐射干扰波和接纳干扰波，称为大线效应。称为大线效应。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章

8、干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电磁场耦合分析方法电磁场耦合分析方法电磁场麦克斯韦方程分析：三个空间变量电磁场麦克斯韦方程分析：三个空间变量x x，y y，z z和和时间时间t t的函数，复杂的函数，复杂电路等效近似分析技术集总参数元件电路等效近似分析技术集总参数元件微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制低频电磁干扰的电路等效近似分析技术集总参数元件低频电磁干扰的电路等效近似分析技术集总参数元件, ,消除消除空间变量空间变量电场被限定在电容器内部：关注电压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

9、电流磁场被限定在电感器内部：关注电流微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制ABAB导线是导线是50Hz50Hz的的220V220V电源线，电源线，分布电容分布电容C=2PFC=2PF，Ri=10KRi=10KC=2PFdu/dt=2V/sIC du/dt=4A，Vi=iR=40mV容性耦合 Vi有效值1.4mV1. u1. u为单一频率为单一频率f f的干扰噪声的干扰噪声2. u2. u为脉冲数字信号为脉冲数字信号微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制

10、干扰噪声及其抑制Vi的功率谱密度函数微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制例. 电路中AB导线载有宽度噪声，其功率谱密度Sf在频率为010KHz范围内为10-6V2/Hz;在此范围外为零，在C=2 pF，Ri=10 K的情况下，试求放大器输出端Vi的有效值。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电流电流磁场磁场电磁感应电磁感应感生电动势感生电动势: v=: v=M M* *di/dt di/dt 互感耦合 傅里叶变换假设电流i1的功率谱

11、密度为Si1f，那么i2的功率谱密度为i2的功率为或微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制对于圆形截面长度为L的两条非磁性平行导线，ds为导线间距，其互感为互感与导线直径无关，只取决于导线长度和导线间的间距微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制高频电磁辐射耦合高频电磁辐射耦合电磁波波长电磁波波长: : = =波速波速V/V/频率频率f f，波速，波速与传播介质有关；在空与传播介质有关；在空气中大约气中大约3 3108m/s108m/s，

12、1MHz1MHz信号的波长信号的波长300m300m， 1GHz1GHz， =0.3m. =0.3m.近场和远场近场和远场: : 源、介质、间隔源、介质、间隔 r=/2r=/2为分界点为分界点近场近场感应场感应场远场远场辐射场辐射场微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制 波阻抗：波阻抗：Z=E/HZ=E/H，在远场，在远场条件下，条件下，E/HE/H大小等于介大小等于介质的特性阻抗，如空气质的特性阻抗，如空气或自在空间或自在空间E/H=ZO=377E/H=ZO=377近场条件下：近场条件下：电场和磁场分别思电场和磁

13、场分别思索，高电压小电流索，高电压小电流以电场为主；低电以电场为主；低电压大电流以磁场为压大电流以磁场为主。主。电场占优：电场占优：E1/r3E1/r3、H 1/r2H 1/r2磁场占优：磁场占优：E1/r2E1/r2、H H 1/r31/r3微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制三、抑制电磁干扰的主要技术三、抑制电磁干扰的主要技术消除或抑制噪声源消除或抑制噪声源 破坏干扰的耦合通道破坏干扰的耦合通道 消除接纳电路对干扰的敏感性消除接纳电路对干扰的敏感性 采用软件抑制干扰采用软件抑制干扰 微弱信号检测微弱信号检测

14、(Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电磁干扰电磁干扰Electro Magnetic Interference，EMI噪声抑制噪声抑制 屏蔽屏蔽 接地接地 平衡平衡 滤波滤波 隔离隔离 阻抗大小控制阻抗大小控制 电缆设计电缆设计 抵消技术抵消技术微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制1 1、屏蔽：对两个空间区域之间进展金属的隔离，以控制电、屏蔽：对两个空间区域之间进展金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。场、磁场和电磁波由一个

15、区域对另一个区域的感应和辐射。 静电屏蔽静电屏蔽+Q+Q+Q+Q+Q+QA AA AA AB BB B用完好的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，假设将金属屏蔽体接地，那么外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电场屏蔽电场屏蔽干扰源产生的干扰是以电压方式出现，干扰源与电子设备之间存在容性电场耦合。为消除或抑制这种干扰，要进展电场屏蔽。其设计应服从的原那么是：

16、(1)屏蔽体要尽量接近受维护物，而且屏蔽体的接地必需良好；(2)屏蔽效果的好坏与屏蔽体的外形有着最直接的关系。屏蔽体假设可以做成全封锁的金属盒最好，但在工程实际中还需求根据实践情况而定；(3)屏蔽体的资料要以良导体为好，对厚度没有严厉的要求，只需有足够的强度即可。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制磁场屏蔽磁场屏蔽 把磁导率不同的两种介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，这时磁场强度B的大小和方向都要发生变化，也就是说，引起了磁感线的折射。图中A为一磁导率很大的软磁资料如坡莫合金或铁铝合金做成的罩，放在

17、外磁场中。由于罩壳磁导率比。大得多，所以绝大部分磁场线从罩壳的壁内经过，而罩壳内的空腔中，磁感线是很少的。这就到达了磁屏蔽的目的。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制普通采用电导率高的资料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而减弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不用过大，而以趋肤深度和构造强度为主要思索要素。 电磁场屏蔽电磁场屏蔽 单纯的电场或磁场干扰源是很少见的，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。微弱信号检测

18、微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制2 2、接地：、接地：为保证电工设备正常任务和人身平安而采取的一种用电平安措施。接地经过金属导线与接地安装衔接来实现。接地安装将电工设备和其他消费设备上能够产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，从而防止人身触电和能够发生的火灾、爆炸等事故。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制3 3、平衡：、平衡：根据收发可逆原理，外部空间电磁场可以直接进入双绞线。双绞线无法防止外界电磁场进入,但采用了螺旋扭绞的方法，让

19、两条线接纳到的信号“尽量完全一样，并采用平衡差分信号处置技术，把这种完全一样的“共模信号抑制掉。 微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制4 4、滤波：、滤波：对特定频率的频点或该频点以外的频率进展有效的滤除，其根本方式是利用电感器和电容器的频率电抗特性，将电感、电容适当组合在电路中，组成滤波网络完成频率选择。EMI滤波器的根本方式微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制滤波器本质上是一个选频电路。滤波器中，把信号可以经过的频率范围，滤波器

20、本质上是一个选频电路。滤波器中，把信号可以经过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号遭到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为通频带或通带；反之，信号遭到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实践滤波器的通带带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实践滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其

21、抑制干扰噪声及其抑制EMI滤波器按所经过信号的频段分为四种：微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制模拟滤波器：利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进展加工处置。 数字滤波器：在测试系统或公用仪器仪表中作为一种常用的变换安装EMI滤波器按所处置的信号分为两种：微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制EMI滤波器按滤波原理分为三种：反射式滤波器反射式滤波器 阻挠阻挠EMIEMI信号，经过有用信号信号，经过有用信号吸收式滤波器吸收式滤波器

22、 吸收不需求的频率成分并将此成分的能量转换吸收不需求的频率成分并将此成分的能量转换成热能耗散出去成热能耗散出去滤波衔接器滤波衔接器 在普通电衔接器的根底上，经过内部构造改良，在普通电衔接器的根底上，经过内部构造改良，添加滤波电路滤波网络研制而成。既具备普通电添加滤波电路滤波网络研制而成。既具备普通电衔接器的一切功能，又兼具抑制电磁干扰的特性。衔接器的一切功能，又兼具抑制电磁干扰的特性。微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制滤波前后对比：滤波前后对比：微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detecti

23、on)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制EMIEMI滤波器废品滤波器废品微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制设计设计EMIEMI滤波器的留意点滤波器的留意点 频率特性频率特性 耐压性能耐压性能 额定电流额定电流 阻抗特性阻抗特性 屏蔽屏蔽 可靠性可靠性微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电磁兼容性电磁兼容性EMCEMC电磁兼容性EMC，Electro Magnetic Compatibility是指电器、电子产品能在规定

24、的电磁环境中正常任务，并不对该环境中其他产品产生过量的电磁干扰。这里包含着两个方面的要求：其一是要求产品对外界的电磁干扰具有一定的接受才干；其二是要求产品在正常运转过程中，该产品对周围环境产生的电磁干扰不能超越一定的限制。 在考核家用电器运转的可靠性时，就不仅仅要思索电器本身的性能，还要考核其对周围环境的接受和干扰程度，这就是电器的电磁兼容问题。 微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制常见的电磁兼容元件常见的电磁兼容元件微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及

25、其抑制干扰噪声及其抑制各式各样的电容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微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制不同的电容 不同的效果 未参与滤波措施微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制电 感l线圈的质量因数为： Q=L/Rl电感的离散参数l分布电容l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微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及其抑制干扰噪声及其抑制磁性资料磁性资料 磁性元件磁性元件 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构造优化 扁平吸收环用于数据总线、数字信号线滤波非晶资料烧结铁氧体作为尖峰抑制器运用粉芯资料NiMn软磁资料微弱信号检测微弱信号检测 (Weak Signal Detection)第三章第三章 干扰噪声及