计算机控制技术课件：2-6 输入输出接口与过程通道(六)

1、第8讲第2章 输入输出接口与过程通道（六） 1.串模抗干扰技术 2.共模抗干扰技术 3.长线传输干扰及其抑制方法 0.与干扰相关的几个概念2.5.1 过程通道抗干扰技术 干扰:就是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。 抗干扰措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 干扰的来源：外部干扰和内部干扰。 外部干扰：空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件。 内部干扰：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰，甚至元器件产生的噪声。0.与干扰相关的几个概念分布电容： 分布电容是指由非电容形态形成的一种

2、分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。分布电感： 在电路中，由于导线布线和元器件的分布而存在的电感叫分布电感。根据电感器的频率特性，可以知道由于分布电感的数值一般不大，在低频可以不考虑分布电感的影响，但对于高频交流电路，分布电感的影响就不能忽略了。0.与干扰相关的几个概念返回1.串模干扰及其抑制方法 (1)串模干扰 所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二

3、级阻容低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。（2）串模干扰的抑制方法串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手。 采用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。1.串模干扰及其抑制方法 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。 对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

4、1.串模干扰及其抑制方法从选择器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。 采用双绞线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。 采用附加电容器降低某个逻辑电路的工作速度来抑制高频干扰使得逻辑电路的工作速度较慢来抑制高频干扰通过高阈值电平来抑制低频噪声干扰返回1.串模干扰及其抑制方法采用高抗扰度逻辑器件采用低速逻辑器件（1）共模干扰 共模干扰是指模/数转换器两个输入端上共有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。 共模干扰产生的原因：被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的

5、电位差Ucm。 共模干扰示意图2.共模干扰及其抑制方法 单端对地输入和双端不对地输入 对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压。所以必须采用双端输入不对地方式。 ZS、ZS1、ZS2为信号源US的内阻抗，ZC、ZC1、ZC2为输入电路的输入阻抗。共模干扰电压Ucm对两个输入端形成两个电流回路，每个输入端A和B的共模电压为：2.共模干扰及其抑制方法两个输入端之间的共模电压为 一般情况下，共模干扰电压Ucm总是转化成一定的串模干扰Un出现在两个输入端之间。 2.共模干扰及其抑制方法 为了衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR

6、(Common Mode Rejection Ratio)来表示，即 Ucm是共模干扰电压，Un是Ucm转化成的串模干扰电压。 显然，对于单端对地输入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，说明无共模抑制能力。 对于双端不对地输入方式来说，由Ucm引入的串模干扰Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干扰能力越强。 2.共模干扰及其抑制方法(2)共模干扰的抑制方法 变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压cm不成回路，从而抑制了共模干扰。 另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，切断两部分的地线联系。 被测信号US经放大后

7、，首先通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器T传输到副边，然后用解调器再将它变换为直流信号US2，再对US2进行A/D变换。 2.共模干扰及其抑制方法 模拟信号US经放大后，再利用光电耦合器的线性区，直接对模拟信号进行光电耦合传送。 为保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性校正措施，否则将产生较大的误差。 光电隔离前后两部分电路应分别采用两组独立的电源。2.共模干扰及其抑制方法 光电隔离 浮地屏蔽 采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。这是利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。2.共模干扰及其抑制方法 采用仪表放大器提高共模抑制比 仪表放大

8、器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。 仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因 。 AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器），还有AD623等等.返回2.共模干扰及其抑制方法3.长线传输干扰及其抑制方法 （1）长线传输干扰 长线的“长”是相对的； 信号在长线中传输遇到三个问题： 一是长线传输易受到外界干扰， 二是具有信号延时， 三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。 波反射现象：阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。 消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。 (2)长线传输干扰的抑制方法采用双端输入、平衡式发送方式，外加匹配电阻即终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。在计算机控制系统中，常常采用双绞线和同轴电缆作信号线双