测控原理第七章 干扰及干扰的抑制技术

利用1:1的电压 跟随器电路，迫使 被屏蔽导体B与屏蔽 层D等电位。
接地技术
正确接地可以消除各电路电流流经公共地线时产生的 躁声电压，可抑制电磁场和地电位差的干扰。 1.“地线”的种类： （1）屏蔽接地线及机壳接地线--实现对电磁场的屏蔽。 （2）信号接地线---分别设置的“模拟地”与“数字 地”。 （3）功率地线---大电流网络部件的零电平，本身干 扰作用大，与信号地互相绝缘。 （4）交流电源地线---交流电源地线N本身是一个躁声 源，必须与直流地线相互绝缘。 2.接地设计注意事项： （1）高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。 （2）交流地、功率地、信号地线不能共用。
电子开关：
电子开关虽然在通断时并不产生火花，但由于 通断速度极快，使电路中的电压和电流变化过 快，形成冲击脉冲，从而成为噪声干扰源。
固有噪声源：
热噪声
散粒噪声： 散粒噪声是半导体的载体密度变化引起的噪声。
散粒效应噪声是Schottky于1918年研究此类噪 声时,用子弹射入靶子时所产生的噪声命名的。 因此,它又称为散弹噪声或颗粒噪声。
噪声耦合方式 耦合是指干扰信号进入仪器仪表内部的途径。 静电耦合： 静电耦合又称电容性耦合，指两个电路之 间存在寄生电容,产生静电感应,使一个电路 的电荷变化影响到另一个电路。 可通过降低接受电路输入阻抗，合理布线，以 减小分布式电容的方法减小干扰。
电磁耦合
又称感性耦合指两个个电路之间存在互感,当 一个电路上的电流变化时,在另一个电路上引 起感应电压。 共阻抗耦合
避免低频干扰
到一点接地
多极放大电路的一点接地方法
避免低频干扰
从串联接地
到一点并联接地
（2）传感器接口电路的接地方式
避免共模干扰
两点接地
一点接地
（3）检测系统与计算机系统的接地方式 低电平地线、功率地线和机壳屏蔽地线应分开设 置，但最后要汇集起来，通过专用地线与大地连接构 成“一点接地”的地线系统。
（3）电缆屏蔽层的接地：当一个不接地的信号源连接 一个接地的放大器，电缆屏蔽层接到放大器公共端。反之 应接到信号源公共端。 （4）屏蔽接地方式随屏蔽目的而不同。 3.常见电路及用电设备的接地方式 （1）印刷电路板内的接地方式: 低频电路一点接地 高频电路多点接地
单极放大电路的一点接地方法
从任意点接地
第七章 干扰及干扰的抑制技术
7.1 噪声与噪声耦合方式 噪声:指在信号检测的领域内,检测系统检测和 传输的有用信号以外的一切信号均称为噪声。 信噪比：信噪比，英文名称叫做SNR或S/N （SIGNAL-NOTICE RATE)，是指一个电子设 备或者电子系统中信号与噪声的比例。
S / N 2 0 lg
辐射电磁场耦合：
辐射电磁场耦合指无线电装置不断向外发射 电磁场,仪器若置于这种发射场中,就会感应到 与发射电磁场成正比的感应电动势而形成干 扰。
7.2 干扰的种类 噪声源产生的噪声通过各种耦合方式进入测控 系统，对其产生干扰。 模拟通道的常模干扰NMN 指叠加在被测直流信号上的交流信号。 分为内源常模干扰和外源常模干扰。 内源： 检测回路上元器件本质上存在的干扰。 外源： 外电磁场通过各种耦合途径进入检测回 路的干扰。
隔离技术
1.变压器隔离：如晶闸管的门极触发电路。 2.光电耦合隔离：如变频器中功率晶体管的驱动电路。
滤波技术
1.交流电源进线对称滤波器 （1）高频干扰电压对称滤波电路
简化 电路
线间电压滤波器
线间电压对地电压滤波器
（2）低频干扰电压对称滤波电路
2.直流输出滤波器
滤低频电容 滤高频电容
滤低频电容
滤高频电容
7.3 常用的干扰抑制技术
屏蔽技术
屏蔽技术利用低阻材料或磁性材料，可隔离电磁干扰。
屏蔽的目的就是隔断场的耦合。
一般分为静电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽。
1. 静电屏蔽 利用导电性能良好的金属作成屏蔽盒，并将其接地， 可以保护内部电路免受静电场的干扰。 2. 电磁屏蔽 利用导电性能良好的金属作成屏蔽层，利用涡流作用， 阻断高频电磁场的能量；如果加上接地，也可以防止静电 干扰；还可以削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合所产 生的干扰。 3. 低频磁屏蔽 对低频磁场干扰，要用高导磁材料作屏蔽层。 4. 驱动屏蔽
模拟通道的共模干扰CMN
由于传输线具有一定的电阻值导致被测信号电 压的参考接地点与模数转换器输入端的参考接 地点之间存在电位差，使模数转换器两个输入 端上造成干扰，称为共模干扰。 一般在测控系统中被测信号有单端对地输入和 双端不对地输入两种输入方式。
数字通道的内源干扰和外源干扰
内源干扰：测控系统的内部干扰，主要是各组成 部分在运行时形成的干扰，如逻辑电路在过渡过 程中工作时形成的电流变化通过电路阻抗、电源 内阻、地线、电源线、信号线形成尖峰现象影响 系统运行。 外源干扰：一般指逆变器干扰、空间电磁场干 扰、电网浪涌电压干扰等。
PS PN
2 0 lg
US U
N
有用信号的功率PS 有用信号的电压US 噪声的功率PN 噪声的电压UN 可知信噪比越大，噪声的影响越小。
噪声源，大概可分为三类： 1、放电噪声源
由各种放电现象产生的噪声。
电晕放电 ：气体介质在不均匀电场中的局部自持 放电。是最常见的一种气体放电形式。在曲率半 径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过 气体的电离场强，使气体发生电离和激励 ，因而 出现电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到 光亮 ，并伴有咝咝声。
电网中存在的干扰大部分是高次谐波，因此采用低通 滤波器来滤除大于50Hz的高次谐波，以改善电源的波 形。
由电容和电感组成的滤波网络，能滤除电网噪声。
使用低通滤波器的注意事项： ①低通滤波器本身应评比，而且屏蔽盒与系统的机壳要保持良好的接触； ②为减少耦合，所有导线要靠近地面走线； ③低通滤波器的输入与输出要进行隔离； ④低通滤波器的位置应尽量靠近需要滤波的地方，其间的连线也要进行屏蔽。
火花放电噪声 火花放电产生的噪声干扰，主 要是大自然现象的天电(雷电)干扰，同时还有 电气设备、大功率开关触点、汽车发动机的点 火装置等引起的干扰。雷电作为大自然现象的 典型代表，是大气层中产生火花放电噪声的主 要原因，可以在低频至高频或更高频率范围内 造成干扰，可以传播到很远的距离。
放电管噪声：放电管放电属于辉光放电或弧光 放电，通常放电管具有负阻特性，所以和外电 路连接时容易引起振荡，此振荡有时可达甚高 频段。
共阻抗耦合是由于两个及以上电路中共用一个 阻抗,当一个电路中有电流流过时,在另一个电 路上产生干扰电压。共阻抗耦合有3种。
1)电源内阻共阻抗耦合。用一个电源对几个电子 线路或传感器供电时,高电位电路或大电流的输 出电流流经电源,由于电源内阻的存在,在电源内 阻上的压降就转换成干扰源。
2)公共地线共阻抗耦合。在仪器仪表的公共地线 上,有各种信号电流流过,由于接地线存在阻抗,在 接地线上就形成干扰电压。
3)信号输出电路共阻抗耦合。当仪器仪表的信号 电路有几路负载时,任何一个负载的变化都会通 过输出的共阻抗耦合而影响其他输出电路。
漏电流耦合： 由于绝缘不良，由漏电路经绝缘电阻的漏电流 引起的噪声干扰。 传导耦合： 传导耦合指经过导线检拾到噪声,再经导线传 输到仪器仪表电路而形成的干扰。常见的是电 源线噪声,它把交变磁场感应到电源回路形成 感应电压,再经该电源线传输到各处的电路造 成干扰。
散粒噪声是由形成电流的载流子的分散性造成 的，在大多数半导体器件中，它是主要的噪声 来源。在低频和中频下，散粒噪声与频率无关 （白噪声），高频时，散粒噪声谱变得与频率 有关。
接触噪声：
也称为剩余噪声，是电流在电阻中流过时 产生的，噪声的能谱与频率成反比。故又称为 1/f噪声。是低频电路中最主要的噪声。
采用交流稳压器 用来保证交流供电的稳定性，防止交流电源的过压 或欠压。 系统分别供电 为了阻止从供电系统串入的干扰，一般采用下图所 示的供电线路。
接地电阻小于10欧
（4）电缆屏蔽层的接地方式 如检测电路是一点接地，电缆屏蔽层也要一点接地。
传感器测接地 放大器测未接
两测都接地
传感器测未接 放大器测接地
两测都接地
浮空技术
如果检测输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大 地，即称为浮空。浮空比接地具有更强的共模干扰抑制能 力。
浮空不是绝对的，原因是寄生电容的存在。
电气设备噪声源
工频干扰： 市电电压的频率为50Hz，它会以电磁波的辐 射形式，对人们的日常生活造成干扰，我们 把这种干扰称之为工频干扰。 工频干扰会对电气设备和电子设备造成干扰， 导致设备运行异常。
射频干扰： 射频是一种高频交流电,也就是通常所说的电磁 波.射频干扰就是电磁波所带来的干扰.如两个频 率相差不多的电磁波会同时被接收机接收造成 干扰. 在离发射台近的地方会有谐波干扰.干扰 其他的接收设备.发射相同频率的电磁波可干扰 敌人的电台.
2.退耦滤波器 当同一个直流电源同时对几个电路供电时,应在每个电 路的电源进线侧设置退耦滤波器，以避免电源内阻的干扰。
+
直 流 电 源
退耦滤波器2
退耦滤波器1
-
Baidu Nhomakorabea
退耦滤波器安装注意事项： （1）滤波器进出电缆注意屏蔽与接地。 （2）浮地系统中，滤波器外壳应与设备外壳绝缘。 （3）设备和滤波器均可靠接地，浮地系统隔离接地。
7.4 常用抗干扰措施
采用隔离变压器
电网与数据采集系统分别有各自的地线。在应用中，如果直接 把数据采集系统与电网相连，两者的地线之间就存在了地电位 差Ucm。当此电压存在时，就会形成环路电流，造成共模干扰。
加入隔离变压器，使电网地线的干扰不能进入系统， 从而保证数据采集系统饿可靠工作。
采用电源低通滤波器