电子系统抗干扰设计

❖配置去耦电容
➢ 在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容是印刷电 路板设计的一项常规做法：
在电路板电源输入端跨接一个10～100μF(或更大)的电解电容，消 除电源中的低频干扰；
在每个关键集成电路芯片的电源输入端跨接一个0.01～0.1μF的陶 瓷电容或钽电容，消除电源中的高频干扰；
去耦电容的引线不能太长，特别是高频旁路电容不能有长引线。
➢din/dt越大，引起的磁耦合噪声就越大。
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电子系统设计
❖公共阻抗耦合
➢由于接地导线存在一定的阻抗，当有 工作电流流过接地阻抗时，各部件的接 地电位将不为零，且接地电位随着接地 导线上的电流变化而发生变化；
➢在如图所示电路中，各部件的工作电 流的变化不仅影响本部件的接地电位， 而且还影响有着公共阻抗的其他部件的 接地电位；
A
B
C
➢ 单点接地与多点接地选择：
在低频电路中，导线与元器件间的电感影响较 小，而接地电路中的环流引起的干扰对系统影 响较大，因而采用一点接地；
在高频电路中，地线阻抗变得很大，此时应尽 量降低地线阻抗，应采用就近多点接地法。
A
B
C
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱRT
电子系统设计
➢ 数字信号地与模拟信号地分开连接，最终单点相连，消除地 电路经过公共阻抗而产生的干扰；
➢ 相对硬件抗干扰措施而言，软件抗干扰措施使用灵活、 成本低廉，但增加了软件编程工作量和CPU运行时间， 而且对于某些干扰也难以消除；
➢ 在系统抗干扰设计时应将软、硬件抗干扰措施有机地结 合起来，使它们相辅相成，保证系统运行的可靠性。
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一．硬件抗干扰措施
1. 切断干扰的渠道
❖切断来自电源的干扰
➢ 从过程通道引入的干扰称为过程通道干扰；
➢ 在过程通道中，长线传输是干扰产生的主要原因，尤其当传 输线上的信息为脉冲波时，信号在传输中会出现迟延、畸变、 衰减与通道干扰耦合(交扰)，还可能接收来自空间电磁场的干 扰；
➢ 可采用光电耦合隔离、双绞线传输、同轴电缆传输、阻抗匹 配及屏蔽等方法解决干扰问题。
❖供电系统干扰
➢ 电子系统中最重要、危害最严重的干扰来自于供电系统干扰；
➢ 由于任何电源及输电线路都存在内阻，所以电网中出现的各种干 扰信号都可能对电网中的各种设备包括电子系统产生干扰；
➢ 供电系统干扰问题可以通过稳压、隔离、滤波等措施加以解决。
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3.3 电子系统抗干扰设计
➢ 智能型电子系统的抗干扰设计既有硬件方面的任务也有 软件方面的任务；
系统中敏感部件远离开关功率源； 长线传输使用双绞线、同轴电缆或屏蔽线进行传输； 使用金属机壳并接地屏蔽。
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2. 印刷电路板的抗干扰设计
➢ 印刷电路板是电子系统中器件、信号线、电源线的 高密度集合体，印刷电路板设计的好坏对系统的抗 干扰能力影响很大；
➢ 常用的抗干扰措施有：
❖地线设计
➢接地的公共阻抗和流过公共阻抗的电 流越大，由公共阻抗引入的干扰就越大。
A
B
iA
iB
Z1
Z2
VA0=(iA+iB)Z1 VB0= (iA+iB)Z1+iBZ2
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3.2 干扰窜入系统的渠道
➢ 干扰信号窜入电子系统的主要渠道有三条：通过电磁辐 射窜入系统的空间干扰（场干扰），通过与主机相连的 前向通道、后向通道和相互通道窜入系统的过程通道干 扰和通过电源和地线窜入系统的供电系统干扰。
现象 过压、欠压、停电
浪涌、下陷 尖峰电压
特点 ∆t>1S 10mS<∆t<1S ∆t<1mS
措施 交流稳压、UPS 压敏电阻、快速交流调压器 低通滤波器、隔离变压器
➢ 电源的设计中应采用交流稳压、隔离变压、低通滤波和 直流稳压及各种去耦等措施。
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❖切断来自过程通道的干扰
➢ 过程通道的抗干扰措施有以 下几种：
模拟信号通过各类隔离放大器进行 隔离；
数字信号用光电耦合器隔离；
模拟地和数字地分开，避免公共地 阻抗对模拟信号和数字信号产生耦 合作用；
用电流传输代替电压传输；
采用双绞线、同轴电缆或屏蔽线进 行传输；
长线传输的阻抗匹配。
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❖抑制空间干扰
➢ 抑制空间干扰的主要措施有：
加大印刷板间的间隔，加大导线间、元器件间的间隔，导线之间添 加接地线等；
❖空间干扰
➢ 空间干扰主要指电磁场在线路、导体、壳体上的辐射而 引起的噪声吸收与调制；
➢ 干扰来自于系统的内部和外部，系统本身既可能接受外 来干扰也可能对外产生空间干扰；
➢ 干扰在强度上远小于过程通道干扰和供电系统干扰，可 用良好的屏蔽、正确的接地和布局设计加以解决。
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❖过程通道干扰
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❖电耦合
Vn
iS
RL
➢当工作回路与噪声回路之间存在分布电容时，噪声信号通过分布 电容耦合到工作回路，从而引起流过负载的电流信号发生变化；
➢dVn/dt越大，引起的电耦合噪声就越大。
❖磁耦合
in
VS
RL
➢当噪声在工作回路附近产生交变的磁场时，噪声信号通过互感 耦合到工作回路，从而引起负载两端的电压信号发生变化；
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❖印刷电路板尺寸与器件布置
➢ 印刷电路板尺寸要适中：
过大时，印刷线条长，阻抗增加，不仅抗干扰能力下降，而且成本提高； 过小，则散热不好，且易受邻近线条干扰；
➢ 器件布置的原则：
相关器件应尽量放得靠近些。例如晶振和CPU的时钟信号输入端应相互靠 近些；
远离易产生噪声的器件。例如信号线与其他器件应尽量远离晶振； 逻辑电路应远离大电流噪声电路。例如控制电路与驱动电路应分板制作。
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二．软件抗干扰措施
➢虽然系统硬件抗干扰措施能够消除大部分干扰，但它不可能 完全消除干扰；
➢电子系统的抗干扰设计必须把硬件抗干扰和软件抗干扰结合 起来。
1. 数字滤波
➢干扰侵入电子系统前向通道时，叠加在信号上的干扰使数据 采集的误差加大；
➢ 接地线尽量加粗，尽可能减小地线阻抗，从而减小因公共阻 抗耦合而产生的干扰；
➢ 将数字地做成闭合的网格，可以降低各元器件之间的地线电 位差，能明显提高抗干扰能力。
巨大电位差
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❖电源线布置
➢ 尽量加大线条宽度；
➢ 利用电源线高频阻抗小的特点，将它与逻辑信号线平 行布线，以起到与地线相似的隔离作用；