单片机抗干扰技术(3)接地PPT教学课件
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地线干扰与接地技术ppt课件
2 导体的阻抗低频时与截面尺寸关系大，高频时关系小：从表中可见： 同样长度地导线，低频时，由于截面的尺寸不同，阻抗相差很大，而高
频时相差很小。这是因为，阻抗电阻和感抗两部分组成，频率较低时，感 抗很小，电阻起主导作用，电阻与导线的截面尺寸关系很大。频率较高时， 感抗起主导作用，而导线的电感与导线的截面尺寸关系不大。 例如：10Hz条件下，1米长的，d=0.65cm的导线，阻抗为517，1米长的， d=0.06cm的导线，阻抗为52.9m，两者相差将近100倍。而在50MHz 的条 件下，前者的阻抗为356，而后者的阻抗为500。
地线电位示意图
2mV 2mV ~ 10mV
10mV ~ 20mV 20mV ~ 100mV
100mV ~ 200mV
200mV
传统定义：地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提供 一个电位基准。
在从事电路设计的人员范围内，如果谁提出这样一个问题：什么是 地线，地线起什么作用？马上会引起同事的嘲笑。因为电路接地实在是 再自然不过的事情了。定义也在教科书中不知陈述过多少遍。
R1
= R1 / L
f
VS + VN
地线电压实际是 一种共模电压， 在这个电压的驱 动下，电缆中流 过的电流是共模 电流。因此可以 采用在电缆上安 装共模扼流圈的 方法来抑制地环 路电流。
共模扼流圈：将变压器以纵向扼流圈形式接入信号传输线中，称为中和 变压器，或共模扼流圈，结构特点：
两个绕组匝数、绕向均相同 工作特点： 信号电流在两个绕组中流动，是差模电流，产生的磁场相互抵消，信号 几乎无损通过； 地线干扰电流在两个绕组中流动是共模电流，产生的磁场同相相叠加， 故共模扼流圈对干扰电流呈现较大阻抗，较好地抑制了地环路干扰。
《抗干扰技术》幻灯片
3.1.3 共模干扰
共模干扰：共模干扰是系统2个输入端上共有的干扰电压。 也称对地干扰、共态干扰。
原因：被测信号的接地点和计算机输入信号的参考接地点， 存在一定的电位差。
A
信号 接收
Us
B端
Ucm
共模干扰示意图
UA=Us+Ucm
UB=Ucm
图9.3 串模干扰与共模干扰波形 (a) 直流信号； (b) 串模干扰； (c) 共模干扰； (d) 串模干扰与共模干扰共同作用
包括：硬件的可靠性、软件的可靠性。影响系统硬件可靠 性的主要因素就是干扰。
3.1 干扰源及干扰分类
3.1.1 干扰源
干扰源：干扰的来源或造成干扰的原因。 分类： 按干扰源来分，有内部干扰和外部干扰。 1.内部干扰
由系统构造、制造工艺、安装等内在原因引起的干扰。 主要原因： (1).元器件噪声； (2).分布电容、电感引起的电磁感应； (3).长线传输中波的反射； (4).多点接地引起的电位差； (5).电源系统引入的干扰。
2．使用双积分式A/D转换器 克服工频干扰以及对称干扰的影响。
使用高质量元器件、优化设计线路板等
3.2.1 串模干扰的抑制
1．滤波技术 滤波是抗串模干扰的通常做法，在有效信号和干扰
信号特性显著不同时，则滤波效果十分有效。 滤波器的形式： - 低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等； - 模拟滤波器、数字滤波器； 模拟滤波器又分： - 无源滤波器和有源滤波器（滤波+放大）
干扰的危害：干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 影响
系统的稳定性; 重则破坏电路的正常功能, 造 成
逻辑关系混乱, 控制失灵。
研究的内容：干扰源、干扰类型、干扰传播途径、 抗干扰措施。
电磁容之抑制干扰接地技术65页PPT
接地系统。如电动机、继 电器、火花塞等。
• 第四类接地系统： 机壳、设备底座、系统
金属构架等。
特点：干扰频带宽、瞬态电
特点：保证人身安全和设备
平高。除屏蔽外，必须与其
工作的稳定。
它接地分开设置。
注意：工程实践中，模拟地与数字地必须分别设置；
直流地与交流地必须分别设置。
模拟电路 • 窄带
• 低电平（μV, mV）
• 第二类接地系统： 非敏感信号或大信
号接地系统，包括高平 电路、末级放大器电路 以及大功率电路。
特点：特别容易受到干扰，出现 电路失效或电路性能降低，接地 导线应尽量避免混杂其他电路。
特点：必须将其与小信号 接地线分开设置。
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
• 第三类接地系统： 干扰源器件、设备的
机架1
机架2
机箱
机箱
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
( 3 ) 高、低频电路单点与多点混合接地 低频单点、高频多点混合接地
N1
N2
N3
低频单点、高频多点混合接地
低频：电容的阻抗大——单点接地 高频：电容的阻抗小——多点接地 如：抗高频干扰的低频传输屏 蔽电缆。
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
如图所示为一低电平视频电路，在从音频到高频下，实 现了低频单点、高频多点，避免了低频地电流回路的形成。
③ 方式C
UN
C1S C1S C12
UG1
仍然不理想
C1S 1
屏 蔽 体
C2SC122 UN
C
～ UG1～ UG2 NhomakorabeaUS～ A B
④ 方式D
UN 0
C1S C12 C2S
C UG2
• 第四类接地系统： 机壳、设备底座、系统
金属构架等。
特点：干扰频带宽、瞬态电
特点：保证人身安全和设备
平高。除屏蔽外，必须与其
工作的稳定。
它接地分开设置。
注意：工程实践中，模拟地与数字地必须分别设置；
直流地与交流地必须分别设置。
模拟电路 • 窄带
• 低电平（μV, mV）
• 第二类接地系统： 非敏感信号或大信
号接地系统，包括高平 电路、末级放大器电路 以及大功率电路。
特点：特别容易受到干扰，出现 电路失效或电路性能降低，接地 导线应尽量避免混杂其他电路。
特点：必须将其与小信号 接地线分开设置。
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
• 第三类接地系统： 干扰源器件、设备的
机架1
机架2
机箱
机箱
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
( 3 ) 高、低频电路单点与多点混合接地 低频单点、高频多点混合接地
N1
N2
N3
低频单点、高频多点混合接地
低频：电容的阻抗大——单点接地 高频：电容的阻抗小——多点接地 如：抗高频干扰的低频传输屏 蔽电缆。
第5章: 抑制电磁干扰的接地技术
如图所示为一低电平视频电路，在从音频到高频下，实 现了低频单点、高频多点，避免了低频地电流回路的形成。
③ 方式C
UN
C1S C1S C12
UG1
仍然不理想
C1S 1
屏 蔽 体
C2SC122 UN
C
～ UG1～ UG2 NhomakorabeaUS～ A B
④ 方式D
UN 0
C1S C12 C2S
C UG2
第8章 抗干扰技术PPT课件
地点之间存在一个电位差Ucm。这个Ucm是加在放大器
输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。
既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压， 以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的 抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用 被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光 电隔离与浮地屏蔽等三种措施。
但干扰是客观存在的，所以，人们必须 研究干扰，以采取相应的抗干扰措施。本章主 要讨论干扰的来源、传播途经及抗干扰的措施。
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3
8.1 干扰的来源与传播途径
❖ 8.1.1 干扰的来源 ❖ 8.1.2 干扰的传播途径
最新课件
4
8.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的。 干扰有的来自外部，有的来自内部。
路电流i2。反之，也如此。
动画链接
最新课件
13
8.2 硬件抗干扰措施
❖ 引言 ❖ 8.2.1 串模干扰的抑制 ❖ 8.2.2 共模干扰的抑制 ❖ 8.2.3长线传输干扰的抑制 ❖ 8.2.4 信号线的选择与敷设 ❖ 8.2.5 电源系统的抗干扰 ❖ 8.2.6 接地系统的抗干扰
最新课件
14
引言
了解了干扰的来源与传播途径，我们就可 以采取相应的抗干扰措施。在硬件抗干扰措 施中，除了按照干扰的三种主要作用方式— —串模、共模及长线传输干扰来分别考虑外， 还要从布线、电源、接地等方面考虑。
外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。外部干 扰环境如图8-1所示，有天电干扰，如雷电或大气电 离作用以及其他气象引起的干扰电波；天体干扰， 如太阳或其他星球辐射的电磁波；电气设备的干扰， 如广播电台或通讯发射台发出的电磁波，动力机械、 高频炉、电焊机等都会产生干扰；此外，荧光灯、 开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬 变过程的设备也会产生较大的干扰；来自电源的工 频干扰也可视为外部干扰。
输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。
既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压， 以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的 抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用 被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光 电隔离与浮地屏蔽等三种措施。
但干扰是客观存在的，所以，人们必须 研究干扰，以采取相应的抗干扰措施。本章主 要讨论干扰的来源、传播途经及抗干扰的措施。
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8.1 干扰的来源与传播途径
❖ 8.1.1 干扰的来源 ❖ 8.1.2 干扰的传播途径
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8.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的。 干扰有的来自外部，有的来自内部。
路电流i2。反之，也如此。
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8.2 硬件抗干扰措施
❖ 引言 ❖ 8.2.1 串模干扰的抑制 ❖ 8.2.2 共模干扰的抑制 ❖ 8.2.3长线传输干扰的抑制 ❖ 8.2.4 信号线的选择与敷设 ❖ 8.2.5 电源系统的抗干扰 ❖ 8.2.6 接地系统的抗干扰
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引言
了解了干扰的来源与传播途径，我们就可 以采取相应的抗干扰措施。在硬件抗干扰措 施中，除了按照干扰的三种主要作用方式— —串模、共模及长线传输干扰来分别考虑外， 还要从布线、电源、接地等方面考虑。
外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。外部干 扰环境如图8-1所示，有天电干扰，如雷电或大气电 离作用以及其他气象引起的干扰电波；天体干扰， 如太阳或其他星球辐射的电磁波；电气设备的干扰， 如广播电台或通讯发射台发出的电磁波，动力机械、 高频炉、电焊机等都会产生干扰；此外，荧光灯、 开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬 变过程的设备也会产生较大的干扰；来自电源的工 频干扰也可视为外部干扰。
第3章抗干扰技术-110页PPT资料
第3章 抗干扰技术
本章主要内容
引言 1、干扰的来源与传播途径 2、串模干扰、共模干扰和长线传输干扰 3、供电技术与接地技术 4、输入输出通道信号隔离技术 5、控制计算机的可靠性技术 6、数字滤波技术
计算机控制系统的被控变量分布在生产现 场的各个角落，因而计算机是处于干扰频繁的 恶劣环境中，干扰是有用信号以外的噪声，这 些干扰会影响系统的测控精度，降低系统的可 靠性，甚至导致系统的运行混乱，造成生产事 故。
波器。一般采用电阻R、电容C、电感L等无源元件构
成滤波器，图3-8所示为在模拟量输入通道中引入的 一个无源二级阻容低通滤波器，但它的缺点是对有用 信号也会有较大的衰减。为了把增益与频率特性结合 起来，对于小信号可以采取以反馈放大器为基础的有 源滤波器，它不仅可以达到滤波效果，而且能够提高 信号的增益，如图3-9所示。
统的输入端。
对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰
Un直接与信号Us串联。目前常采用切断传播
途径与滤波两种措施。
动画链接
1．切断传播途径
双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成， 为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属 编织物或护套形成屏蔽双绞线，图3-7给出了带 有屏蔽护套的多股双绞线实物图。
2．磁场耦合
空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。
在任何载流导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场 则对其周围闭合电路产生感应电势。如设备内部的线圈 或变压器的漏磁会引起干扰，还有普通的两根导线平行 架设时，也会产生磁场干扰，如图3-4所示。
如果导线1为承载着10kVA、220V的交流输电线，导 线2为与之相距1米并平行走线10米的信号线，两线之间 的互感M会使信号线上感应到的干扰电压Un高达几十毫 伏。如果导线2是连接热电偶的信号线，那么这几十毫 伏的干扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号。
本章主要内容
引言 1、干扰的来源与传播途径 2、串模干扰、共模干扰和长线传输干扰 3、供电技术与接地技术 4、输入输出通道信号隔离技术 5、控制计算机的可靠性技术 6、数字滤波技术
计算机控制系统的被控变量分布在生产现 场的各个角落，因而计算机是处于干扰频繁的 恶劣环境中，干扰是有用信号以外的噪声，这 些干扰会影响系统的测控精度，降低系统的可 靠性，甚至导致系统的运行混乱，造成生产事 故。
波器。一般采用电阻R、电容C、电感L等无源元件构
成滤波器，图3-8所示为在模拟量输入通道中引入的 一个无源二级阻容低通滤波器，但它的缺点是对有用 信号也会有较大的衰减。为了把增益与频率特性结合 起来，对于小信号可以采取以反馈放大器为基础的有 源滤波器，它不仅可以达到滤波效果，而且能够提高 信号的增益，如图3-9所示。
统的输入端。
对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰
Un直接与信号Us串联。目前常采用切断传播
途径与滤波两种措施。
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1．切断传播途径
双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成， 为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属 编织物或护套形成屏蔽双绞线，图3-7给出了带 有屏蔽护套的多股双绞线实物图。
2．磁场耦合
空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。
在任何载流导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场 则对其周围闭合电路产生感应电势。如设备内部的线圈 或变压器的漏磁会引起干扰，还有普通的两根导线平行 架设时，也会产生磁场干扰，如图3-4所示。
如果导线1为承载着10kVA、220V的交流输电线，导 线2为与之相距1米并平行走线10米的信号线，两线之间 的互感M会使信号线上感应到的干扰电压Un高达几十毫 伏。如果导线2是连接热电偶的信号线，那么这几十毫 伏的干扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号。
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电路1 I1
电路2 I2
电路1 I3
在一点接地的基础上，每个电路再通过一个电感、或电容进行 单点接地
2020/12/09
9
4 数字地与模拟地的连接技术
数字地、模拟地必须分别接地。
即使是同一个芯片——例如AD、DA芯片上的数字地、模拟地
也应该分别接地。
A/D芯片
单片机
～
+
-
+V
AGND
～
2020/12/09
11
在电源的 该位置连 接
IC1
V1
7 80 5
1
V in
C1
1 00 U F
C2
GND 2
+V
+5V
3
C3
C4
10U/16V 0. 1
IC2
V2
7 80 5
1
V in
C5
1 00 U F
C6
GND 2
V CC
+5V
3
C7Βιβλιοθήκη C810U/16V 0. 1
2020/12/09
12
增加磁珠，可防止两边的噪声相互干扰。
AGND
GND
磁珠相当于一个带阻滤波器，对某个频带的噪音具有很强的抑 制作用，对直流几乎没有阻碍作用，相当于直流是连接在一起 的——电位基准在一起，但可以隔离两边的噪音。
2020/12/09
13
在PCB设计中，有时在PCB的地线层分割出模拟地和数字地两 部分，这是设计PCB板时，要注意信号线不要跨过分割电源或 分割地线之间的间隙。
I2 R3
I3
优点：电路互不影响 缺点：接地复杂。
2020/12/09
7
2. 多点接地
系统内各部分电路就近接地。 例如： 一个设备内的电路以机壳为参考点 不同设备有以地为参考点。 多层PCB设计时，每个IC的地通过过孔与PCB的地线层连接， 就属于多点接地。
2020/12/09
8
3. 混合接地 单点接地与多点接地的混合。
2020/12/09
2
（2） 数字地 又叫逻辑地。 数字电路的零电位，它是逻辑电平的基准电位。
数字地噪音太大，可能造成逻辑错误。
数字逻辑门电路会在地线上产生比较大的噪音。
数字地应该与模拟地分开。
2020/12/09
3
（3） 交流地 交流电网的电源地线。 它是有较大噪音的，是噪音地。
（4）直流地 直流电源的地。 一般来说 用于模拟电路的直流电源的地——模拟地 用于数字逻辑电路的直流电源——逻辑地（数字地） 还有用于功率驱动电路的直流电源的地——这里主要是指该直 流电源的地。
2020/12/09
4
（5）安全地 目的是使设备机壳与大地等电位，以避免设备机壳带电影响人 体安全和设备安全。 安全地又叫做保护地或机壳地、屏蔽地。 这里的机壳包括 设备外壳、机架、 屏蔽壳（罩）等。
（6）系统地 以上几种地的最终回流点，直接与大地相连。
2020/12/09
5
10.4.2 常用的接地方法 1. 一点接地 2. 特点：所有电路的地线接到公共地线的同一点。 3. （1）串联一点接地
电路1
电路2
电路1
R1
I1
I2
I3
R1
R2
R3
特点：所有电路将接地信号直接接待公共地线上。 优点：接地简单 缺点：接地线有接地电阻，电路间会产生相互干扰。
2020/12/09
6
（2） 并联一点接地
特点：每个电路用一根专用接地导线，将地线引到一个总的接 地点——系统地。
电路1
电路2
电路1
R1 I1 R2
AGND GND
GND
D/A芯片
GND AGND
10
但许多情况，数字地与模拟地又必须连接，这时应该如何处理？
仅在一点处将他们连接——在各自的电源的地线。
A/D芯片
单片机
～
+
-
+V
AGND
～
在AD或DA芯片的下方 或电源的总进线处一点连接
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AGND GND
GND
D/A芯片
GND AGND
10.4 接地技术
2020/12/09
1
10.4.1 计算机控制系统中的地线
一般会有如下几种 （1）模拟地。
模拟信号的零电位（基准）。
放大器、采样保持器、AD变换器的模拟输入信号端、DA转换 器的模拟输出信号端。
对于信号检测，信号小，模拟地线上的噪音直接影响测量精度， 甚至可能造成测量数据不可靠。
GND
GND
磁珠
总电源进线
AGND
AGND
还可以不进行地线分割，整个地线层是一个整体。 这时注意模拟元件与数字元件的排列，数字地与模拟地接不同 的区域。
2020/12/09
14
10.5 电源
前面已经讨论过电源。 各种电源抗干扰方法。 1. 电网干扰的滤除 （1）瞬态抑制二极管——TVS 与稳压二极管符号，在电路中的连接方法相同。 平时处于高祖状态； 在承受反向电压高于额定值——在10-12SEC内变为低阻，吸收 干扰能量，使电压维持在特定值。 （2）回避法——专线供电，避免供电网络的强干扰
2020/12/09
15
2. 直流稳压电源 使用隔离变压器，削弱电网干扰引起直流电源的干扰 使用低通滤波器 使用交流稳压电源
2020/12/09
16
PPT精品课件
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