检测信号的干扰及其抑制技术 ppt课件
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二、电气设备噪声源 1）工频噪声
大功率输电线是典型的工频噪声源低电平的信号线只 要一段距离与输电线相平行，就会受到明显的干扰。即使 是室内的一般交流电源线，对于输入阻抗和灵敏度很高的 检测仪器来说也是威力很大的干扰源。另外，在电子装置 的内部，由于工频感应也会产生交流噪声。
ppt课件
14
2）射频噪声 高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播
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18
一、静电耦合
静电耦合 示意图
等效电路图
干扰电压
寄生电容
输入阻抗
U nc
jCmZi 1 jCmZi
En
jCmZi En
干扰源电压
ppt课件
19
在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容0.1pF的情况下， 放大器输入阻抗100k,干扰输入电压为314mV。
100倍
314mV
噪声功率为Pn、噪声电压为Un，dB为单位。
由上式可知，信噪比越大，表示噪声对有用信号的影响越小。
t课件
11
信噪比S/N的计算举 例
在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声 音的平均电压为50mV，50Hz干扰“嗡嗡”声的电压 为0.5mV，求信噪比。
解：S/N=20lg(50/0.5)dB=40dB
第3章 检测信号的干扰及其抑制技术
3.1 电子测量系统的干扰与抑制 3.2 噪声源与噪声耦合方式 3.3 形成干扰的三要素及抑制干扰的措施
ppt课件
1
3.1 电子测量系统的干扰与抑制
3.1.1 干扰与防护的概念 干扰：来自于电子测量系统内部和外部并且对系统 正常工作产生影响的因素。
防护：各种抗干扰的技术措施。 防护的任务：消除或减弱各种干扰对电子测 量 防系护统的正手常段工：作设的法影割响断。或减弱电子测量系统与外界 有害的联系，而同时不影响进行测量所需要的联系。
光的干扰：由于在测量系统中广泛使用各种半导体元 器件，而这些半导体材料在光线的作用下会激发出电 子—空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的 变化，从而影响电子测量系统的正常工作。 措施：对于具体光敏作用的元件，多注意光的屏蔽问 题。
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4
散热实例
散热风扇
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5
湿度干扰：湿度增加会使绝缘体的绝缘电阻下降、漏电 流增加，会使高值电阻的阻值下降，会使电介质的介电 常数增加等等，固湿度的变化必然影响电子测量系统的 正常工作。 防潮措施：如电气元件和印刷电路板的浸漆、环氧树脂 封灌和硅橡胶封灌等。
号强度
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28
滤波技术——交流电源滤波器内部电路
图中的100H电感、0.1uF电容组成高频滤波器，用于吸收从电 源线传导进来的中短波段高频噪声干扰；
图中两对称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电 感绕组构成的，称为共模电感，对共模噪声干扰有良好的抑制 作用。图中的10uF电容用于吸收由电源波形畸变而产生的谐波 干扰；
耦合通道
接收电路
三条抑制干扰措施： （1）消除干扰源； （2）割断干扰耦合途径； （3）提高接收电路的抗干扰能力，降低其对噪声的敏感性。
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25
3.3.2 消除干扰源 在越靠近干扰源的地方采取措施，干扰抑制效果就越
好。消除和抑制干扰源的方法可采用低噪声电路、瞬态抑 制电路和稳压电路等。器件的选择则尽可能采用低噪声、 高频特性好、稳定性高的电子元件。值得注意的是，抑制 电路中不恰当的器件选择可能产生新的干扰源。
图中压敏电阻用于吸收因雷击pp等t课件引起的浪涌电压干扰。
29
谢谢大家！
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30
机、雷达等通过辐射或通过电源线会给附近的电子测量 仪器带来干扰。
3）电子开关 电子开关虽然在通断时并不产生火花，但由于通断
的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化， 形成冲击脉冲，成为噪声干扰源。在一定电路参数条件 下，电子开关的通断还会带来相应的阻尼振荡，从而构 成高频干扰源。使用可控硅的调压整流电路对其它电子 装置的干扰就是电子开关造成干扰的典型例子。这种电 路在晶闹管的控制下，周期性地通断，形成前沿陡峭的 电压和电流，并且使供电电源波形畸变,从而干扰由该 电源系统供电的其他电子设备。
装置的抗干扰能力。一般来说，高输入阻抗的电路比低输 入阻抗的电路易受干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰能 力差。一个设计良好的检测装置应该具备对有用信号敏感、 对干扰信号尽量不敏感的特性。
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27
电磁兼容控制技术
电磁兼容（EMC,ElectroMagnetic Compatibility） 电子及电气设备在共同的电磁环境中能执行各自功能 的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设 备都能正常工作又不互相干扰，达到兼容的状态。
化学干扰：某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气 体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿 类似的漏电腐蚀现象，会损坏电子测量系统元件和部件。 防护措施：浸漆、密封、定期通电加热驱潮等。
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6
用绝缘漆浸 渍过的控制
变压器
浸漆可防止水分 进入线圈内部
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7
仪器设备的防潮试验
喷淋试验
2）火花放电噪声。例如雷电、电气设备中电刷和整流子间 周期性放电、火花式高频焊机、继电器触点的通断(电流很 大时则会产生弧光放电)、汽车发动机的点火装置等。只要 在哪里电流是断续的，则此时在触点间引起的火花放电都 将成为噪声源。
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13
3）放电管(如日光灯、霓虹灯)放电噪声属于辉光放电和 弧光放电。通常放电管具有负阻抗特性，所以与外电路 连接时容易引起高频振荡，有时可达很高的频段，对电 视也有影响。
漏电流输入回路的输入阻抗
干扰电压 绝缘电阻
U nc
Zi Rn Zi
En
干扰源电压
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3.3 形成干扰的三要素及抑制干扰的措施
3.3.1 形成干扰的三要素 噪声形成干扰需要同时具备三要素：干扰源、对噪声
敏感的接收电路及噪声源到接收电路之间的耦合通道。三 要素之间的联系如下图所示。
干扰源
3.3.3 割断干扰耦合途径 对于以“电路”的形式侵入的干扰，可采取诸如提高
绝缘性能，采用隔离变压器、光电耦合器等切断干扰途径； 采用退耦、滤波等手段引导干扰信号的转移；改变接地形 式切断干扰途径等。对于以“辐射”的形式侵入的干扰， 一般采取各钟屏蔽措施，如静电屏蔽、电磁屏蔽等。
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3.3.3 提高抗干扰能力 如果要削弱接收电路对干扰的敏感性，必须提高检测
扰作用，在电子线路设计中只要有电场或磁场存在，就 会产生电磁干扰。而电磁干扰对于电子测量系统而言， 是最为普遍和影响最为严重的干扰，必须要采取多种措 施来防护。（在以后我们自己做研究的过程中，这也是 我们需要面对的一个比较难处理的问题）
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10
3.2 噪声源与噪声耦合方 3式.2.1 噪声与信噪
2U1U2
式中，γ为相关系数，它的取值范围在+1～-1间。 当γ ＝0时，为非相关； 当γ在 0和+1或者0和-1间时，则两电压为部分相关。
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3.2.4 噪声耦合方式
检测装置受到噪声源干扰的途径叫做噪声的耦合方式。 通常把噪声耦合方式可归纳为下列四种：
静电耦合：因寄生电容引起的电容耦合 电磁耦合：因两个电路的互感引起的磁链耦合。 共阻抗耦合：不同电路之间存在公共阻抗引起的电 压耦合。例如两个电路合用一个电源。 漏电流耦合：因绝缘不良，在绝缘电阻上产生漏电 流所引起的干扰。
静电耦合 对放大器的干扰
等效电路图
结论： （1）干扰源的频率越高，静电耦合干扰越强。
（2）减小接收电路阻抗Zi，有利于抑制静电耦合干扰。 （3）合理布线，减小分布电容Cm，有利于抑制静电耦合干扰。
。
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二、电磁耦合
电磁耦合 示意图
等效电路图
互感系数 干扰源电流
干扰电压 U nc jMI n
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8
仪器设备的防潮试验
“步入式”恒温恒湿房（参考江苏省计量测试技术研究所资料
）
体积：25m3 ，温度调节范围：（-40～+80）℃， 湿度调节范围：（30～90）%RH
可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、
交变湿热试验。
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9
电、磁的干扰 电和磁可以通过电路和磁路对电子测量系统产生干
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21
电磁耦合对交流电桥的干扰
在干扰频率10kHz，干扰源 电流10mA，互感0.1µH的 情况下，干扰电压为62.8µV 。
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三、共阻抗耦合
共阻抗耦合 等效电路
电源内阻引起的共阻抗干扰
干扰电压
干扰源电流
U nc InZc
共有阻抗
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四、漏电流耦合
漏电流耦合 等效电路
抗电磁干扰技术有时又称电磁兼容控制技术。常用的抗 干扰技术有屏蔽、接地、滤波、隔离等技术。 屏蔽技术：可抑制电磁干扰在空间的传播，并切断辐 射干扰的传播途径。 接地技术：保护人身和设备安全；提供参考零电位， 阻隔地环路。 滤波技术：根据频率选择性地抑制干扰信号。 隔离技术：阻断干扰信号传导通路，并抑制干扰信
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三、固有噪声源 在电路中，电子元件本身产生的、具有随机性、宽频带
的噪声称为固有噪声。电路中常出现的固有噪声有电阻热噪 声、半导体器件产生的散粒噪声，以及开关、继电器触点、 电位器触点、接线端子电阻、晶体管内部的不良接触产生的 接触噪声等。例如，电视机未接收到信号时，屏幕上表现出 的雪花干扰，就是由固有噪声引起的。
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2
3.1.2 各种常见干扰及其抑制方法
机械干扰：由于机械振动或冲击，造成电气或电子 元件振动、变形，而改变了系统的电气参数。 措施：减振，如使用减震弹簧或减振橡皮垫等。
橡 胶 垫 及 弹 簧
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橡胶海绵软垫
3
热的干扰：电子测量系统工作时产生的热量所引起的 温度波动和环境温度的变化等，导致电路元器件参数 发生变化（温度漂移）或产生附加的热电势等。 措施：采取热屏蔽、恒温设备、对称平衡结构、温度 补偿元件等。
比噪声：只在电子测量系统工作时，除了有用信号之 外还存在着无用的、变化不规则的信号会影响测量 结果，这种不希望出现的无用信号称为“噪声”。
信噪比：指的是在信号通道中，有用信号功率与伴
随的噪声功率之比。
S N 10 lg Ps dB 20 lg U s dB
Pn
Un
注：S/N表示信噪比，Ps为信号功率、信号电压为Us，
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3.2.2 噪声源 常见噪声源：放电噪声源、电气设备噪声源和固有噪声源。
一、放电噪声源 由各种放电现象产生的噪声称为放电噪声。在放电现
象中属于持续放电的有电晕放电、辉光放电和弧光放电； 属于过渡现象的有火花放电。
1）电晕放电噪声主要来源于高压输电线，它具有间隙性， 并产生脉冲电流，从而成为一种干扰噪声。对于一般的检 测仪表来说，其影响不大。
选用低噪声元件、减小流过器件的电流及减小电路的带 宽等，均能减小固有噪声干扰。
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3.2.3 噪声的叠加
噪声电压(或噪声电流)的产生若是彼此独立的，即不相 关的，则其总噪声电压可表示为
U总
U12
U
2 2
U
2 n
若是两个相关噪声电压，可用下式迭加而成
U总
U12
U
2 2
大功率输电线是典型的工频噪声源低电平的信号线只 要一段距离与输电线相平行，就会受到明显的干扰。即使 是室内的一般交流电源线，对于输入阻抗和灵敏度很高的 检测仪器来说也是威力很大的干扰源。另外，在电子装置 的内部，由于工频感应也会产生交流噪声。
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2）射频噪声 高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播
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一、静电耦合
静电耦合 示意图
等效电路图
干扰电压
寄生电容
输入阻抗
U nc
jCmZi 1 jCmZi
En
jCmZi En
干扰源电压
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在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容0.1pF的情况下， 放大器输入阻抗100k,干扰输入电压为314mV。
100倍
314mV
噪声功率为Pn、噪声电压为Un，dB为单位。
由上式可知，信噪比越大，表示噪声对有用信号的影响越小。
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信噪比S/N的计算举 例
在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声 音的平均电压为50mV，50Hz干扰“嗡嗡”声的电压 为0.5mV，求信噪比。
解：S/N=20lg(50/0.5)dB=40dB
第3章 检测信号的干扰及其抑制技术
3.1 电子测量系统的干扰与抑制 3.2 噪声源与噪声耦合方式 3.3 形成干扰的三要素及抑制干扰的措施
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1
3.1 电子测量系统的干扰与抑制
3.1.1 干扰与防护的概念 干扰：来自于电子测量系统内部和外部并且对系统 正常工作产生影响的因素。
防护：各种抗干扰的技术措施。 防护的任务：消除或减弱各种干扰对电子测 量 防系护统的正手常段工：作设的法影割响断。或减弱电子测量系统与外界 有害的联系，而同时不影响进行测量所需要的联系。
光的干扰：由于在测量系统中广泛使用各种半导体元 器件，而这些半导体材料在光线的作用下会激发出电 子—空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的 变化，从而影响电子测量系统的正常工作。 措施：对于具体光敏作用的元件，多注意光的屏蔽问 题。
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散热实例
散热风扇
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湿度干扰：湿度增加会使绝缘体的绝缘电阻下降、漏电 流增加，会使高值电阻的阻值下降，会使电介质的介电 常数增加等等，固湿度的变化必然影响电子测量系统的 正常工作。 防潮措施：如电气元件和印刷电路板的浸漆、环氧树脂 封灌和硅橡胶封灌等。
号强度
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滤波技术——交流电源滤波器内部电路
图中的100H电感、0.1uF电容组成高频滤波器，用于吸收从电 源线传导进来的中短波段高频噪声干扰；
图中两对称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电 感绕组构成的，称为共模电感，对共模噪声干扰有良好的抑制 作用。图中的10uF电容用于吸收由电源波形畸变而产生的谐波 干扰；
耦合通道
接收电路
三条抑制干扰措施： （1）消除干扰源； （2）割断干扰耦合途径； （3）提高接收电路的抗干扰能力，降低其对噪声的敏感性。
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3.3.2 消除干扰源 在越靠近干扰源的地方采取措施，干扰抑制效果就越
好。消除和抑制干扰源的方法可采用低噪声电路、瞬态抑 制电路和稳压电路等。器件的选择则尽可能采用低噪声、 高频特性好、稳定性高的电子元件。值得注意的是，抑制 电路中不恰当的器件选择可能产生新的干扰源。
图中压敏电阻用于吸收因雷击pp等t课件引起的浪涌电压干扰。
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谢谢大家！
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机、雷达等通过辐射或通过电源线会给附近的电子测量 仪器带来干扰。
3）电子开关 电子开关虽然在通断时并不产生火花，但由于通断
的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化， 形成冲击脉冲，成为噪声干扰源。在一定电路参数条件 下，电子开关的通断还会带来相应的阻尼振荡，从而构 成高频干扰源。使用可控硅的调压整流电路对其它电子 装置的干扰就是电子开关造成干扰的典型例子。这种电 路在晶闹管的控制下，周期性地通断，形成前沿陡峭的 电压和电流，并且使供电电源波形畸变,从而干扰由该 电源系统供电的其他电子设备。
装置的抗干扰能力。一般来说，高输入阻抗的电路比低输 入阻抗的电路易受干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰能 力差。一个设计良好的检测装置应该具备对有用信号敏感、 对干扰信号尽量不敏感的特性。
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电磁兼容控制技术
电磁兼容（EMC,ElectroMagnetic Compatibility） 电子及电气设备在共同的电磁环境中能执行各自功能 的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设 备都能正常工作又不互相干扰，达到兼容的状态。
化学干扰：某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气 体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿 类似的漏电腐蚀现象，会损坏电子测量系统元件和部件。 防护措施：浸漆、密封、定期通电加热驱潮等。
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用绝缘漆浸 渍过的控制
变压器
浸漆可防止水分 进入线圈内部
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仪器设备的防潮试验
喷淋试验
2）火花放电噪声。例如雷电、电气设备中电刷和整流子间 周期性放电、火花式高频焊机、继电器触点的通断(电流很 大时则会产生弧光放电)、汽车发动机的点火装置等。只要 在哪里电流是断续的，则此时在触点间引起的火花放电都 将成为噪声源。
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3）放电管(如日光灯、霓虹灯)放电噪声属于辉光放电和 弧光放电。通常放电管具有负阻抗特性，所以与外电路 连接时容易引起高频振荡，有时可达很高的频段，对电 视也有影响。
漏电流输入回路的输入阻抗
干扰电压 绝缘电阻
U nc
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干扰源电压
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3.3 形成干扰的三要素及抑制干扰的措施
3.3.1 形成干扰的三要素 噪声形成干扰需要同时具备三要素：干扰源、对噪声
敏感的接收电路及噪声源到接收电路之间的耦合通道。三 要素之间的联系如下图所示。
干扰源
3.3.3 割断干扰耦合途径 对于以“电路”的形式侵入的干扰，可采取诸如提高
绝缘性能，采用隔离变压器、光电耦合器等切断干扰途径； 采用退耦、滤波等手段引导干扰信号的转移；改变接地形 式切断干扰途径等。对于以“辐射”的形式侵入的干扰， 一般采取各钟屏蔽措施，如静电屏蔽、电磁屏蔽等。
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3.3.3 提高抗干扰能力 如果要削弱接收电路对干扰的敏感性，必须提高检测
扰作用，在电子线路设计中只要有电场或磁场存在，就 会产生电磁干扰。而电磁干扰对于电子测量系统而言， 是最为普遍和影响最为严重的干扰，必须要采取多种措 施来防护。（在以后我们自己做研究的过程中，这也是 我们需要面对的一个比较难处理的问题）
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3.2 噪声源与噪声耦合方 3式.2.1 噪声与信噪
2U1U2
式中，γ为相关系数，它的取值范围在+1～-1间。 当γ ＝0时，为非相关； 当γ在 0和+1或者0和-1间时，则两电压为部分相关。
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3.2.4 噪声耦合方式
检测装置受到噪声源干扰的途径叫做噪声的耦合方式。 通常把噪声耦合方式可归纳为下列四种：
静电耦合：因寄生电容引起的电容耦合 电磁耦合：因两个电路的互感引起的磁链耦合。 共阻抗耦合：不同电路之间存在公共阻抗引起的电 压耦合。例如两个电路合用一个电源。 漏电流耦合：因绝缘不良，在绝缘电阻上产生漏电 流所引起的干扰。
静电耦合 对放大器的干扰
等效电路图
结论： （1）干扰源的频率越高，静电耦合干扰越强。
（2）减小接收电路阻抗Zi，有利于抑制静电耦合干扰。 （3）合理布线，减小分布电容Cm，有利于抑制静电耦合干扰。
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二、电磁耦合
电磁耦合 示意图
等效电路图
互感系数 干扰源电流
干扰电压 U nc jMI n
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仪器设备的防潮试验
“步入式”恒温恒湿房（参考江苏省计量测试技术研究所资料
）
体积：25m3 ，温度调节范围：（-40～+80）℃， 湿度调节范围：（30～90）%RH
可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、
交变湿热试验。
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电、磁的干扰 电和磁可以通过电路和磁路对电子测量系统产生干
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电磁耦合对交流电桥的干扰
在干扰频率10kHz，干扰源 电流10mA，互感0.1µH的 情况下，干扰电压为62.8µV 。
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三、共阻抗耦合
共阻抗耦合 等效电路
电源内阻引起的共阻抗干扰
干扰电压
干扰源电流
U nc InZc
共有阻抗
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四、漏电流耦合
漏电流耦合 等效电路
抗电磁干扰技术有时又称电磁兼容控制技术。常用的抗 干扰技术有屏蔽、接地、滤波、隔离等技术。 屏蔽技术：可抑制电磁干扰在空间的传播，并切断辐 射干扰的传播途径。 接地技术：保护人身和设备安全；提供参考零电位， 阻隔地环路。 滤波技术：根据频率选择性地抑制干扰信号。 隔离技术：阻断干扰信号传导通路，并抑制干扰信
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三、固有噪声源 在电路中，电子元件本身产生的、具有随机性、宽频带
的噪声称为固有噪声。电路中常出现的固有噪声有电阻热噪 声、半导体器件产生的散粒噪声，以及开关、继电器触点、 电位器触点、接线端子电阻、晶体管内部的不良接触产生的 接触噪声等。例如，电视机未接收到信号时，屏幕上表现出 的雪花干扰，就是由固有噪声引起的。
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3.1.2 各种常见干扰及其抑制方法
机械干扰：由于机械振动或冲击，造成电气或电子 元件振动、变形，而改变了系统的电气参数。 措施：减振，如使用减震弹簧或减振橡皮垫等。
橡 胶 垫 及 弹 簧
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橡胶海绵软垫
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热的干扰：电子测量系统工作时产生的热量所引起的 温度波动和环境温度的变化等，导致电路元器件参数 发生变化（温度漂移）或产生附加的热电势等。 措施：采取热屏蔽、恒温设备、对称平衡结构、温度 补偿元件等。
比噪声：只在电子测量系统工作时，除了有用信号之 外还存在着无用的、变化不规则的信号会影响测量 结果，这种不希望出现的无用信号称为“噪声”。
信噪比：指的是在信号通道中，有用信号功率与伴
随的噪声功率之比。
S N 10 lg Ps dB 20 lg U s dB
Pn
Un
注：S/N表示信噪比，Ps为信号功率、信号电压为Us，
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3.2.2 噪声源 常见噪声源：放电噪声源、电气设备噪声源和固有噪声源。
一、放电噪声源 由各种放电现象产生的噪声称为放电噪声。在放电现
象中属于持续放电的有电晕放电、辉光放电和弧光放电； 属于过渡现象的有火花放电。
1）电晕放电噪声主要来源于高压输电线，它具有间隙性， 并产生脉冲电流，从而成为一种干扰噪声。对于一般的检 测仪表来说，其影响不大。
选用低噪声元件、减小流过器件的电流及减小电路的带 宽等，均能减小固有噪声干扰。
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3.2.3 噪声的叠加
噪声电压(或噪声电流)的产生若是彼此独立的，即不相 关的，则其总噪声电压可表示为
U总
U12
U
2 2
U
2 n
若是两个相关噪声电压，可用下式迭加而成
U总
U12
U
2 2