第六届国二师哥8章抗干扰技术

计算机测控系统的抗干扰技术干扰源：信号线及控制线的长距离传输环境因素：大功率设备的启停、电磁波辐射干扰的引入途径：传导：通过输入/输出信号线、电源线、地线把干扰传导到控制系统中。辐射：通过容性耦合或感性耦合把电磁场干扰直接辐射到控制系统中。耦合的方式有：静电耦合、互感耦合、共阻抗耦合、电磁场辐射耦合等干扰可分为差模干扰与共模干扰两种形式差模干扰：又称串模干扰或常态干扰，是指叠加在被测信号上的干扰信号。被测信号：有用的直流信号或变化缓慢的交变信号。干扰信号：无用的变化较快的杂乱的交变信号。差模干扰和被测信号在回路中所处的地位是相同的，是以两者之和作为输入信号。抗干扰技术模/数转换器UnUs干扰(信号源)被测信号差模干扰示意图差模干扰和被测信号在回路中所处的地位是相同的，是以两者之和作为输入信号差模干扰来自信号源内部来自引线或空间感应被测信号干扰噪声叠加信号差模干扰又称共态干扰，是指同时作用在两个输入端上的干扰电压干扰形成原因：由于长距离传输使得被测信号的参考接地点与主机输入信号的参考接地点之间存在一定的电位差Us+UcmUcm

两点之间的电位差共模干扰被测信号的输入方式单端（边）输入方式差分输入方式共模干扰电压全部成为差模干扰电压共模干扰电压对两个输入端A、B的共模电压：两个输入端之间的共模电压：实际上总存在着一定的共模干扰电压实际上，共模干扰电压Ucm总是转化成一定的差模干扰电压Un出现在两个输入端之间。只是当Zs1、Zs2越小，Zcm1、Zcm2越大且Zcm1、Zcm2越接近时，共模干扰的影响越小输入电路共模抑制比CMRR:单端输入：Ucm=

Un，CMRR=0无共模抑制能力；差分输入：

Ucm引入的Un越小，共模抑制能力越强。干扰的抑制（1）——差模干扰采用输入滤波器：根据干扰信号和被测信号的频率特征，决定选用哪种输入滤波器一般情况下，差模干扰的频率均比被测信号的快，所以经常采用二级阻容低通滤波网络作为模拟量输入通道的输入滤波器。慢速采样当干扰信号是尖峰信号时，可采用双积分式A/D转换器。该类转换器转换的是平均值而不是瞬间值。（此时可不加S/H）干扰的抑制（1）——差模干扰干扰的抑制（1）——差模干扰当干扰信号是电磁干扰时可尽可能早地进行A/D转换，以利用数字信号抗干扰性能强的特点对被测信号尽可能早地进行前置放大，提高信噪比采用高阈值器件抑制低噪声的干扰；利用低速逻辑器件来抑制高频干扰从根本上消除差模干扰，对测量装置（如热电偶、压力变送器等）进行良好的电磁屏蔽；并采用带屏蔽的双绞线或同轴电缆作为信号传输线，且有良好的接地采用数字滤波技术

干扰的抑制（2）——共模干扰使用具有高共模抑制比的差动放大器（仪表放大器）作为ADC的前置放大器+-R5+-R2+-R1R3R4R6RG123Vin1+VcmVin2+VcmVout=Acl(Vin2-Vin1)干扰的抑制（2）——共模干扰采用光电耦合器或隔离变压器高速光电耦合器模拟信号转换成频率信号把“数字地”和“模拟地”断开，使被测信号通过耦合获得通路，以达到抑制共模干扰的目的。2.1.利用光耦的开关特性：2.2.利用光耦的线性耦合特性：利用光电耦合器的线性耦合区一般只能在某一特定的范围内的特性，使被测信号的变化范围始终在此线性区域内。但实际上仍有线性失真，应适当采取非线性校正措施。实际上线性光耦的抗共模能力仍然利用的是光耦较高的输入/输出绝缘电阻把“数字地”和“模拟地”隔离开，使共模干扰电压形不成回路。采用光电耦合器或隔离变压器

光电耦合器抗干扰的原因：输入阻抗小（1K以下），而干扰源内阻大（100K以上），因此分压到光耦的输入端的噪声小；干扰的形式一般为大电压小电流，而光耦的输入发光管是在电流状态下工作的，故能被抑制；光耦是在封闭的状态下工作的；输入回路与输出回路间的分布电容小，而绝缘电阻很大光电耦合器对后续电路有保护作用光电耦合器在计算机测控系统中的配置长线传输的光电耦合4.利用浮地输入来抑制共模干扰模拟地信号源内阻传输线电阻信号输入端电阻模拟地与机壳绝缘电阻双层浮地屏蔽由于模拟部分与机壳之间存在着寄生电容，其产生的容抗要比直流漏电阻小得多。因此

Z

应为容抗与直流漏电阻并联电路的等效阻抗。在高精度数字测量中，为了得到更高的共模抑制比，常采用双层浮地屏蔽方式Icm1Icm2漏电阻分布电容自成回路不会产生差模干扰Icm2在RC上的压降将产生差模干扰利用浮地输入、双层屏蔽来抑制共模干扰利用浮地输入、双层屏蔽来抑制共模干扰注意：信号线外皮金属屏蔽网在信号源端接地，而在输入的模拟装置一侧不要单独接地。在设计输入电路时，应使模拟装置的两个输入端对屏蔽盒的绝缘电阻尽量对称，并且尽可能减小线路的不平衡电阻。双绞线频带窄波阻高，抑制共模干扰的能力强，能使各个小环的电磁感应相互抵消。5.采用双绞线传输信号其它抗干扰措施电源系统的抗干扰能力也是计算机控制系统的一个重要的指标。？计算机系统中有许多干扰来自电源或由电源回路产生的，在设计过程中应注意：电源线、地线布线合理、尽可能短，不要形成回路；每片IC加接去耦电容；总线式系统，每块接口板加接滤波电容；注意数字部分和模拟部分共地点的设计去耦电容电容的自谐振频率L——电容器的等效电感大容量电容的自谐振频率低小容量电容的自谐振频率高

将大容量电容和小容量电容配合使用，可以保证电容有更佳的效果

去耦电容电源输入端跨接一个10～100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4～10个芯片配置一个1～10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，而且漏电流很小（0.5uA以下）对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线接地各种电子器件都需要接地地线是引入干扰的重要通道

最不可取一点接地方式各电路的接地电位只与自身电流有关适用于低频

多点接地方式地线常用导电条连成网(或是一块金属网板)适用高频

数字地与模拟地往往是不兼容的数字地与模拟地不正确的地线排布R1、L1和R2、L2为地线的分布电阻和分布电感

高速数据采集系统的地线中存在高频成分，地线本身存在电感，从而产生感生电势形成干扰

数字地与模拟地一片ADC常常有很多个地大多数的A/D转换器厂商会建议：将AGND和DGND管脚通过最短的引线连接到同一个低阻抗的地上。数字地与模拟地在线路设计中，必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连，但数字地与模拟地仅在一点上相连。在芯片和其他电路中不可再有公共点。A/D芯片的接地方式元件的摆放高速线路越短越好速度越快的器件越靠近I/O数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强元件的摆放避免数字信号干扰模拟信号不合适方式1：电路隔离，有阻抗匹配问题方式2：电路分开，注意地线问题数字地与模拟地PCB板上的信号线也要分开不好好高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，板内部数字地和模拟地分开，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）有一点短接，地线的噪声零欧姆电阻PCB板设计当数字信号前沿很陡，频率较高时，数字信号可通过印制板线间的分布电容和漏电耦合到模拟信号输入端而引起干扰。印制板布线时应使数字信号和模拟信号远离，或者将模拟信号输入端用地线包围起来，以降低分布电容耦合和隔断漏电通路。尽量缩短传输导线长度。数字信号与模拟信号线尽量远离。地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层GREENLINECOMMONACINPUTMOTHERBOARDANALOGYPOWERSUPPLY

ACAC+VRTNRTN-VANALOGCARDSEMIENCLOSURESYSTEMGROUNDCONVENTIONLEGENDPOWERPLANEANALOGGROUNDDIGITALGROUNDDIGITALPOWERSUPPLY#1+VRTNSENSEACACDIGITALCARDSMOTHERBOARD

ACAC+VRTNSENSEDIGITALPOWERSUPPLY#2CHASSISGROUNDDIGITALCARDSMOTHERBOARDSTRUCTUALMEMBER(CHASSISGND)INPUTFILTERCIRCUITBREAKERORSWITCH16777CHASSISGNDCHASSISGND9981310113251341012134102运算放大器在PCB板上的布局运算放大器在PCB板上的布局运算放大器在PCB板上的布局运算放大器在PCB板上的布局板间的电源布线电源板电路板电路板电路板电源板电路板电路板电路板电源接入位置去耦电容应尽可能接近大功率