电路 | 抗干扰技术
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电路 | 抗干扰技术
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差模干擾的抑制
- 差模噪聲可以簡單的認(rèn)為是與被測(cè)信號(hào)疊加在一起的噪聲，它可能是信號(hào)源產(chǎn)生的，也可能是引線感應(yīng)耦合來的。差模噪聲與被測(cè)信號(hào)疊加在一起，所以對(duì)信號(hào)就會(huì)形成干擾，即差模干擾。
- 抑制差模干擾一方面采取措施切斷噪聲耦合途徑，如將引線屏蔽；另一方面利用干擾與信號(hào)的差別來把干擾消除掉或減小到最小。常用的方法有以下幾種。
1.頻率濾波法
- 該方法是利用差模干擾與有用信號(hào)在 頻率上的差異，采用高（低）通濾波器濾除比有用信號(hào)頻率低（高）的差模干擾。
2.積分法
- 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器由積分器、過零比較器（C）、時(shí)鐘脈沖控制門（G）和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器（FF0～FFn）等幾部分組成。
- 工作原理：
（1）準(zhǔn)備階段 - 計(jì)數(shù)器清零，積分電容放電， Uo=0V。
（2）第一次積分階段 - t=0時(shí)，開關(guān)S1與A端接輸入電壓Ui加到積分器的輸入端。積分器從0開始分：
- 由于Uo<0V，過零比較器輸出Uc=1，控制門G開。計(jì)數(shù)器從0開始數(shù)。經(jīng)過2n個(gè)時(shí)鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0～FFn－1都翻轉(zhuǎn)到0態(tài)，而Qn=1，開關(guān)S1由A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)，第一次積分結(jié)束。第一次積分時(shí)間為：
- 第一次積分結(jié)束時(shí)，積分器的輸出電壓Up為
（3）第二次積分階段 - 當(dāng)t=t1時(shí)，S1轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)，基準(zhǔn)電壓－UREF加到積分器的輸入端；積分器開始向相反進(jìn)行第二次積分。
- 當(dāng)t=t2時(shí)，積分器輸出電壓Uo>0V，比較器輸出Uc=0，控制門G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。
- 在此階段結(jié)束時(shí)UO的表達(dá)式可寫為：
- 設(shè)T2=t2－t1，于是有：
- 設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為λ，則：
- 可見，T2與UI成正比，T2就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。
- 顯然
- 干擾抑制效果為
- 當(dāng)定時(shí)積分時(shí)間T1選定為干擾噪聲周期的整數(shù)倍，即k為整數(shù)時(shí)，NMR＝
。
3.電平鑒別法
- 如果信號(hào)和噪聲在幅值上有較大的差別，且信號(hào)幅值較大，噪聲幅值較小，則可用電平鑒別法將噪聲消除。
- （1）采用脈沖隔離門抑制干擾
- 可以用硅二極管的正向壓降對(duì)幅度較小的干擾脈沖加以阻擋，而讓幅度較大的脈沖信號(hào)順利通過。如圖所示。電路中的二極管最好選用開關(guān)管。
- （2）采用削波器抑制干擾
- 當(dāng)噪聲電壓低于脈沖信號(hào)波形的波峰值時(shí)，可以采用下圖所示的削波器。該削波器只讓高于電壓U的脈沖信號(hào)通過,而低于電壓U的噪聲被削去。
4.脈寬鑒別法
- 如果噪聲幅值較高，但噪聲波形的脈寬要比信號(hào)脈寬窄的多，則可以利用RC積分電路來有效的消除脈寬較窄的噪聲。一般要求RC積分電路的時(shí)間常數(shù)要大于噪聲的脈寬而小于信號(hào)的脈寬。
- RC積分電路原理圖如下所示。
供電系統(tǒng)抗干擾
1.從供電系統(tǒng)竄入的干擾
- （1）大功率的感性負(fù)載或可控硅切換時(shí)，在電網(wǎng)中產(chǎn)生的強(qiáng)大瞬態(tài)高壓所對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)重干擾；
- （2）采用整流方式供電時(shí)，由于濾波不良產(chǎn)生的紋波噪聲；
- （3）采用直流－直流變換器或開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲干擾；
- （4）電源的進(jìn)線和輸出線很容易受到的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及天線的各種干擾噪聲。
2. 供電系統(tǒng)抗干擾措施
- （1）電源濾波和退耦
此方法是抑制電源干擾的主要措施。
- （2）采用不間斷電源（UPS）和開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源
UPS除了有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)干擾的能力外，更主要的是萬一電網(wǎng)斷電，它能以極短的時(shí)間切換到后備電源上 去。
- 開關(guān)式穩(wěn)壓電源由于開關(guān)頻率可達(dá)10～20kHz或更高，因而扼流圈和變壓器都可小型化，高頻開關(guān)晶體管工作在飽和截止?fàn)顟B(tài)，效率可達(dá)60%~70%,抗干擾性能強(qiáng)，故被廣泛應(yīng)用。
3. 系統(tǒng)分別供電和采用電源模塊單獨(dú)供電
- 當(dāng)同時(shí)向兩個(gè)易于相互干擾的電感設(shè)備供電時(shí)，供電線路要分開。
- 近年來，在一些數(shù)據(jù)采集板卡上，廣泛采用DC-DC電源電路模塊，或三端穩(wěn)壓集成塊如7805等組成的穩(wěn)壓電源單獨(dú)供電。采用單獨(dú)供電方式與集中供電相比的優(yōu)點(diǎn)有：
4. 供電系統(tǒng)饋線要合理布線
- （1）從電源引入口經(jīng)開關(guān)器件至低通濾波器之間的饋線盡量用粗線；
- （2）電源后面的一段均應(yīng)用雙絞線且要短，還要分開布線；
- （3）盡量避免公共線。
印刷電路板抗干擾
- 印刷電路板是測(cè)控系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線的高度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)抗干擾能力影響很大。從抗干擾設(shè)計(jì)角度去看，通常有以下幾種布線原則。
1.合理布置印刷電路板上的器件
- 印刷電路板上器件的布置應(yīng)符合器件之間電氣干擾小和易于散熱的原則。
- （1）器件之間干擾應(yīng)將器件按照其功率的大小及抗干擾能力的強(qiáng)弱分類集中布置。
- （2）散熱問題
2.合理分配印刷電路板插腳
- 當(dāng)印刷電路板是插入PC及S-100等總線擴(kuò)展槽中使用時(shí)，為了抑制線間干擾，對(duì)印刷電路板的插腳必須進(jìn)行合理分配。
3.印刷電路板合理布線
- （1）交叉配線最好改為通過元器件實(shí)行跨接線方法；
- （2）配線不要做成環(huán)路；
- （3）不要有長段窄條并行；
- （4）旁路電容器[消除高頻噪聲]引線不能長；
- （5）單元電路的輸入線和輸出線，應(yīng)當(dāng)用地線隔開。
- （6）信號(hào)線盡可能短，優(yōu)先考慮小信號(hào)線，采用雙面走線，使線間距盡可能寬些。
4.電源線的布置
- 電源線、地線的走向應(yīng)盡量與數(shù)據(jù)傳輸方向一致，且應(yīng)盡量加大其寬度。
5.印刷電路板的屏蔽
- （1）屏蔽線的接入導(dǎo)線屏蔽主要用于極限頻率高、上升時(shí)間短的系統(tǒng)。
- 如右上圖，內(nèi)部接有屏蔽線的信號(hào)線。
（2） 屏蔽環(huán)
屏蔽環(huán)是一條導(dǎo)電通路，它位于印刷電路板的邊緣并圍繞著該電路板，如果只在某一點(diǎn)上與基準(zhǔn)電位相連，那么它可對(duì)外界電容性干擾起屏蔽作用； 如果起點(diǎn)與終點(diǎn)在電路板上相連， 形成一個(gè)短路，那么它可對(duì)電感性干擾起抑制作用。
6.去耦電容器的配置
- 集成電路在工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，其工作電流變化是很大的。故對(duì)其工作時(shí)產(chǎn)生的電流突變，可以在集成電路附近加接旁路去耦電容將其抑制。
- 如右下圖是加了旁路去耦電容使得高頻沖擊電流被去耦電容旁路。印刷電路板的各個(gè)需要配置去耦電容的關(guān)鍵部位：
（1）電源輸入端；
（2）原則上，每個(gè)集成電路芯片；
（3）抗干擾能力弱，關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM 、 RAM存儲(chǔ)器件。
總結(jié)
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