(可修改)测试系统的抗干扰技术.ppt
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第七章检测系统抗干扰技术-PPT
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7.2 干扰的引入
7.2.1 串模干扰
串模干扰的等效电路如图6.1所示。其中，Us
为输入信号，Un为干扰信号。抗串模干扰能力用
串模抑制比来表示：
SMR 20 lg U cm Un
(6.3)
检测
式中：Ucm为串模
干扰源的电压峰值；
系统
Un Us
Un为串模干扰 图6.1 串模干扰等效电路
引起的误差电压。
10
7.1 干扰的分类
电源干扰 对于电子、电气设备来说，电源干扰是较为
普遍的问题。在计算机检测系统的实际应用中， 大多数是采用是由工业用电网络供电。工业系 统中的某些大设备的启动、停机等，都可能引 起电源的过压、欠压、浪涌、下陷及尖峰等， 这些也是要加以重视的干扰因素。同时，这些 电压噪声均通过电源的内阻，耦合到系统内部 的电路，从而对系统造成极大的危害。
7.3.2 接地的类型 检测系统的接地主要有二种类型：
保护接地： 保护接地是为了避免因设备的绝缘损坏或性
能下降时，系统操作人员遭受触电危险和保证系 统安全而采取的安全措施。 工作接地：
工作接地是为了保证系统稳定可靠地运行， 防止地环路引起干扰而采取的防干扰措施。
30
7.3 干扰的抑制方法
一点接地和多点接地
一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则
是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。
因为在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大
问题，而公共阻抗耦合干扰的影响较大，因此，常
以一点为接地点。高频电路中各地线电路形成的环
路会产生电感耦合，增加了地线阻抗，同时各地线
之间也会产生电感耦合。在高频、甚高频时，尤其
双输入线中感应产生的干扰电动势E1及E2也 具有相似的性质。即当E1＝E2时，产生共模 干扰；当E1≠E2时，既产生共模干扰又产生差 模干扰电动势En＝E1－E2。
7.2 干扰的引入
7.2.1 串模干扰
串模干扰的等效电路如图6.1所示。其中，Us
为输入信号，Un为干扰信号。抗串模干扰能力用
串模抑制比来表示：
SMR 20 lg U cm Un
(6.3)
检测
式中：Ucm为串模
干扰源的电压峰值；
系统
Un Us
Un为串模干扰 图6.1 串模干扰等效电路
引起的误差电压。
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7.1 干扰的分类
电源干扰 对于电子、电气设备来说，电源干扰是较为
普遍的问题。在计算机检测系统的实际应用中， 大多数是采用是由工业用电网络供电。工业系 统中的某些大设备的启动、停机等，都可能引 起电源的过压、欠压、浪涌、下陷及尖峰等， 这些也是要加以重视的干扰因素。同时，这些 电压噪声均通过电源的内阻，耦合到系统内部 的电路，从而对系统造成极大的危害。
7.3.2 接地的类型 检测系统的接地主要有二种类型：
保护接地： 保护接地是为了避免因设备的绝缘损坏或性
能下降时，系统操作人员遭受触电危险和保证系 统安全而采取的安全措施。 工作接地：
工作接地是为了保证系统稳定可靠地运行， 防止地环路引起干扰而采取的防干扰措施。
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7.3 干扰的抑制方法
一点接地和多点接地
一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则
是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。
因为在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大
问题，而公共阻抗耦合干扰的影响较大，因此，常
以一点为接地点。高频电路中各地线电路形成的环
路会产生电感耦合，增加了地线阻抗，同时各地线
之间也会产生电感耦合。在高频、甚高频时，尤其
双输入线中感应产生的干扰电动势E1及E2也 具有相似的性质。即当E1＝E2时，产生共模 干扰；当E1≠E2时，既产生共模干扰又产生差 模干扰电动势En＝E1－E2。
《抗干扰技术》课件
《抗干扰技术》PPT课件
抗干扰技术是指通过使用各种方法，消除或减小干扰对系统性能的影响。本 课件将介绍抗干扰技术的各个方面及其在不同领域的应用。
什么是抗干扰技术？
1 定义
抗干扰技术是指通过使用 各种方法，消除或减小干 扰对系统性能的影响。
2 重要性
抗干扰技术能确保系统的 正常运行，提高系统的可 靠性和稳定性。
2
硬件设计方案
提供更高的抗干扰能力，但成本较高。
3
系统优化方案
综合考虑软硬件的抗干扰措施，但需要大量的工程设计。
抗干扰技术的设计思路
设计抗干扰技术的思路应包括系统分析、干扰源识别、性能评估和优化设计。
关键技术要素及其应用场景
信号传输
• 数字调制技术 • 差分信号传输
信号处理
• 滤波和均衡 • 时-domain和频-domain
3 目标
抗干扰技术的目标是阻止 干扰信号进入系统并保护 系统内部免受干扰的影响。
消除干扰的原则及方法
原则
• 屏蔽和隔离 • 滤波和解调 • 反馈和补偿
方法
• 地线设计 • 信号调理 • 动态调整
技术
• 频率分离 • 时序调整 • 能量分配
抗干扰技术在通讯领域的应用
通讯系统 无线通信 光通信 有线通信
处理
系统设计
• 模拟电路设计 • 抗干扰芯片设计
抗干扰芯片结构及设计流程
抗干扰芯片结构
包括前端信号处理、干扰检测和 干扰抑制等模块。
芯片设计流程
包括需求分析、架构设计、电路 设计和布局布线等阶段。
制造流程
包括掩膜制作、刻蚀、沉积层和 封装等工艺步骤。
抗干扰技术的性能评估方法
1 信噪比测试
抗干扰技术是指通过使用各种方法，消除或减小干扰对系统性能的影响。本 课件将介绍抗干扰技术的各个方面及其在不同领域的应用。
什么是抗干扰技术？
1 定义
抗干扰技术是指通过使用 各种方法，消除或减小干 扰对系统性能的影响。
2 重要性
抗干扰技术能确保系统的 正常运行，提高系统的可 靠性和稳定性。
2
硬件设计方案
提供更高的抗干扰能力，但成本较高。
3
系统优化方案
综合考虑软硬件的抗干扰措施，但需要大量的工程设计。
抗干扰技术的设计思路
设计抗干扰技术的思路应包括系统分析、干扰源识别、性能评估和优化设计。
关键技术要素及其应用场景
信号传输
• 数字调制技术 • 差分信号传输
信号处理
• 滤波和均衡 • 时-domain和频-domain
3 目标
抗干扰技术的目标是阻止 干扰信号进入系统并保护 系统内部免受干扰的影响。
消除干扰的原则及方法
原则
• 屏蔽和隔离 • 滤波和解调 • 反馈和补偿
方法
• 地线设计 • 信号调理 • 动态调整
技术
• 频率分离 • 时序调整 • 能量分配
抗干扰技术在通讯领域的应用
通讯系统 无线通信 光通信 有线通信
处理
系统设计
• 模拟电路设计 • 抗干扰芯片设计
抗干扰芯片结构及设计流程
抗干扰芯片结构
包括前端信号处理、干扰检测和 干扰抑制等模块。
芯片设计流程
包括需求分析、架构设计、电路 设计和布局布线等阶段。
制造流程
包括掩膜制作、刻蚀、沉积层和 封装等工艺步骤。
抗干扰技术的性能评估方法
1 信噪比测试
70抗干扰技术PPT教学课件
第12页/共28页
2. 屏蔽技术 屏蔽技术是抑制电场、磁场耦合干扰的重要措施。根据干扰源的不 同可采用不同的屏蔽措施。
a) 静电屏蔽 为防止静电耦合干 扰，可用一层金属网将信号 导线包围起来, 这层金属网即 屏蔽层, 见图7-7。
b) 高频磁屏蔽 高频磁屏蔽是利 用导电性良好的金属箔将被 屏蔽的电路包围起来，其作 用是抑制高频电磁场的干扰。
1. 信号导线扭绞
由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路所包围的面 积大为减少，而且使两根信号导线到干扰源的距离大致相 等。分布电容也能大致相同， 所以能使由磁场和静电耦合进 入信号回路的串模干扰大为减小。 若把双绞信号导线屏蔽起来并将 屏蔽层接地, 将起到更好的抑制 串模干扰的效果， 见图7-6。
图7-6 信号线绞接、屏蔽和接地
第3页/共28页
7.1.2 干扰的耦合方式
• 各种干扰源所产生的干扰，必然要经过各种耦合通道进入测量电路而影响测量结果。换句话说，就是形成 干扰影响必须具备三个要素：干扰源、干扰的耦合通道、被干扰对象。因此研究和分析干扰的传输途径， 对于抑制和消除干扰的重要的，而切断干扰传输的途径是抑制、削弱干扰的重要手段之一。
不是瞬时值进行A/D转换的，只要采样时间T1是工频周期的整数倍，从理论上
来说对工频干扰具有无穷的抑制能力。
5.
注
意
信
号
导
线
远
U
离
动x
力
线
特别不允许信号导线与动力线平行敷设，从根源上
消除磁场耦合干扰。
第14页/共28页
7.2.2 共模干扰及其抑制技术
7.2.2.1 共模干扰 • 共模干扰又称为同相干扰或纵向干扰。 • 共模干扰是相对于公共的电位基准地（接地
2. 屏蔽技术 屏蔽技术是抑制电场、磁场耦合干扰的重要措施。根据干扰源的不 同可采用不同的屏蔽措施。
a) 静电屏蔽 为防止静电耦合干 扰，可用一层金属网将信号 导线包围起来, 这层金属网即 屏蔽层, 见图7-7。
b) 高频磁屏蔽 高频磁屏蔽是利 用导电性良好的金属箔将被 屏蔽的电路包围起来，其作 用是抑制高频电磁场的干扰。
1. 信号导线扭绞
由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路所包围的面 积大为减少，而且使两根信号导线到干扰源的距离大致相 等。分布电容也能大致相同， 所以能使由磁场和静电耦合进 入信号回路的串模干扰大为减小。 若把双绞信号导线屏蔽起来并将 屏蔽层接地, 将起到更好的抑制 串模干扰的效果， 见图7-6。
图7-6 信号线绞接、屏蔽和接地
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7.1.2 干扰的耦合方式
• 各种干扰源所产生的干扰，必然要经过各种耦合通道进入测量电路而影响测量结果。换句话说，就是形成 干扰影响必须具备三个要素：干扰源、干扰的耦合通道、被干扰对象。因此研究和分析干扰的传输途径， 对于抑制和消除干扰的重要的，而切断干扰传输的途径是抑制、削弱干扰的重要手段之一。
不是瞬时值进行A/D转换的，只要采样时间T1是工频周期的整数倍，从理论上
来说对工频干扰具有无穷的抑制能力。
5.
注
意
信
号
导
线
远
U
离
动x
力
线
特别不允许信号导线与动力线平行敷设，从根源上
消除磁场耦合干扰。
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7.2.2 共模干扰及其抑制技术
7.2.2.1 共模干扰 • 共模干扰又称为同相干扰或纵向干扰。 • 共模干扰是相对于公共的电位基准地（接地
第六章检测系统的抗干扰与可靠性.ppt
抗干扰措施和方法
（1）信号滤波
适用于干扰频谱不同的情况：用低通滤波器来抑制高 频串模干扰；用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如 果串模干扰频率落在被测信号的两侧，则用带通滤波 器来抑制。 主要的抗干扰措施是：用低通输入滤波器滤除交流干 扰。 常用的低通滤波器：RC滤波器、LC滤波器、双T滤波 器及有源滤波器。
6.1.2
抗干扰措施和方法
6.1.2
应注意：
抗干扰措施和方法
信号线屏蔽曾只允许一端接地，且只能在信号源侧接 地，而放大器侧不能接地，当信号源为浮地方式时， 屏蔽只接信号源的低电位端。 模拟信号的输入端要相应地采取三线采样开关。 设计输入电路时，应使放大器两输入端对屏蔽罩的绝 缘电阻尽量对称，且尽可能减小线路的不平衡电阻。
6.1.1
干扰和噪声源
6.1.1
干扰和噪声源
6.1.1
干扰和噪声源
（3）电源干扰 从电源窜人的干扰一般有：
当同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰， 通过变压器的初级与次级间的电容耦合到直流电源中 产生的干扰。 附近的继电器动作时产生的浪涌电压，由电源线经变 压器级间电容耦合产生的干扰。 共用同一个电源的附近设备接通或断开时产生的干扰。
（2）外源干扰
6.1.2
抗干扰措施和方法
1.串模干扰的抑制
串模干扰的能力用串模抑制比NMRR来衡量
Vnm NMRR 20lg (dB) Vnm l
式中，Vnm为串模干扰电压；Vnml为仪器输入端由串 模干扰引起的等效差模电压。 抑制串模干扰的具体措施：信号滤波，信号积分等。
6.1.2
6.1.2
抗干扰措施和方法
第五章 检测系统中的抗干扰技术 - 复件PPT课件
干扰种类：
1．机械干扰
❖ 机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置 中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造 成可逆或不可逆的影响。对机械干扰主要是用减 振弹簧和减振橡胶来防护。
2．化学及湿度干扰
❖ 化学物品如酸、碱、盐及其他腐蚀性气体侵入 检测装置内部，腐蚀电气元件，产生电化学噪声。 环境湿度增大，会使绝缘体的绝缘电阻下降，电 介质的电介常数增大，电感线圈的Q值（电感线 圈的品质因数）下降，金属材料生锈等。
❖ 图5－15为低频干扰电压滤波器电路，此电路对 抑制因电源波形失真而含有较多高次谐波的干扰 很有效。
❖ 2、直流电源输出的滤波器
❖ 直流电源往往是检测装置几个电路公用的。为 了减弱公用电源内阻在电路之间形成的噪声耦合， 对直流电源输出需加高低频成分的滤波器，如图5 －16所示。
❖ 3、退耦滤波器
施完全消除掉，在信号数据进入计算机正式使用 之前，经过软件抗干扰会取得更好的抗干扰效果。 软件抗干扰通常是采用数字滤波方法，在检测系 统中，比较常用的数字滤波方法如下。
❖ （1）最小二乘滤波可滤除正态分布的零均值随机 干扰。本方法是对某一测量值连续采样数次，取 其平均值作为本次测试值。
❖ （2）滤波系数法可消除一些瞬间干扰。本法是把 上次采样值作为基础，加上或减去二次采样值， 从而得到采样滤波后的数值。
如果噪声源的角频率 为 则：
U 2 jMI1
图5－2 电磁耦合等效电路
❖ 3、公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合的干扰是在 同一系统的电路和电路之间、 设备和设备之间总存在着公 共阻抗。地线与地之间
❖ 形成的阻抗为公共地阻抗。当一个电路中有电流流过时， 通过共有阻抗便在另一个电路中产生干扰电压。在检测 系统内部，各个电路往往共用一个直流电源，这时电源 内阻、电源线阻抗形成公共电源阻抗。当电流流经公共 阻抗时，阻抗上的压降便成为噪声电压，如图5－3所示。
第6章 计算机测控系统的抗干扰技术 《计算机测控技术与系统》课件
2020/11/26
3
2. 干扰的耦合方式
（1）传导耦合
干扰由导线进入电路中称为传导耦合。电源线、输入输出信号线是 干扰经常窜入的途径。工业现场各种用电设备的起、停对电源电压的冲 击，电网电压频率和幅值的变化，都会通过电源线进入系统形成干扰。 信号检测与传输中混入的干扰信号，负载的变化和冲击对输出端的影响， 都会通过输入输出线干扰系统的正常工作。通过电源线进入系统的干扰 示意图如图所示。
④ 采用具有高共模抑制比的仪表放大器作为输入放大器
仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调 等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。
解决微机测控系统中的抗干扰问题主要有以下几个途径：
1、尽可能消除干扰源，寻找相应的办法抑制或消除传入系
统的干扰，尽可能从根本上解决问题。
2、并不是所有的干扰源都是可以消除的，因此就要采取切
断干扰耦合通路的途径来解决抗干扰问题。干扰是通过“场”
或“路”两个途径耦合到微机测控系统中的，如果能切断耦合
回路，则可确保系统不受干扰影响。
第6章 计算机测控系统的抗干扰技术
学习目标：
了解测控系统中干扰的来源，主要表现形式
掌握测控系统中过程通道设计时常采用的硬件抗 干扰技术
掌握测控系统中软件设计时常采用的抗干扰技术
掌握测控系统中常用的接地方法和抗干扰电源的
设计方法
2020/11/26
1
6.1 噪声干扰的形成
电路或系统中出现的非期望的电信号是噪声。 噪声干扰是噪声对电路或系统产生的不良影响，会造成计 算机设备不能正常工作。在计算机测控系统中，噪声干扰不仅 会使测量信号产生误差，还可能导致系统的误动作。因此，必 须研究测控系统的抗噪声干扰技术。 形成噪声干扰要具备三个要素：噪声源、对噪声敏感的接 收电路和噪声源到接收电路间的耦合通道。 由此也可得到抑制噪声干扰的三种方法：降低噪声源的强 度、使接收电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收电路 间的耦合通道。
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最新.
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点接地
最新.
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信号源与地隔离的一点接地
最新.
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2. 电缆屏蔽层的接地
使用带屏蔽层的电缆传输信号时，应遵守下面 的原则：如果测试系统是一点接地，则电缆的屏蔽 层也应一点接地，即电缆屏蔽层应接至测试系统所 设置的单一接地点上。当信号源的一端为系统的接 地点时，电缆屏蔽层应接至信号源的这一端（公共 端）上；如果系统的接地点设在测量电路的某一点 处，则电缆屏蔽层也应接至该点（公共端）上。
最新.
2
9.1 干扰的类型及来源
干扰和噪声：由某些内部或外部因素产生的叠加在有用 信号之上的无用成分（电压或电流）。
干扰的分类：
■ 按干扰的来源分
● 外部干扰 ● 内部干扰
■ 按干扰进入测试系统的方式分
● 差模干扰 ● 共模干扰
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9.1.1 外部干扰和内部干扰 1. 外部干扰 ■ 自然干扰 各种自然现象如闪电、温度等变化产生的干扰。 ■ 人为干扰 主要指各种电气设备运行时所产生的电磁干扰。 2. 内部干扰 测量电路内部各种元器件的噪声所引起的干扰。
机械工业出版社
最新.
1 CHINA MACHINE PRESS
学习目标
本章主要学习电磁干扰及其抑制的有关内容。学完 本章后，应了解电子测试系统干扰的类型、主要来源及 耦合方式，在此基础上对抑制干扰的屏蔽技术、接地技 术、浮置技术等措施要有一定的掌握。
学习重点
1. 电磁干扰的耦合方式。 2. 抑制电磁干扰的主要技术措施。
最新.
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本章小结
由于多数现代测试系统的主要部分都是电子装置， 因此抗电磁干扰对它们来说就显得非常重要。电磁干扰 可分为外部干扰和内部干扰两类。除采取一定的措施消 除干扰源以外，对外部干扰主要是通过屏蔽等措施阻断 干扰通道来加以抑制，对内部干扰则应根据具体情况通 过在电路上采取不同的措施来加以抑制。设计测试系统 时，应特别注意强电与弱电的隔离、模拟电路与数字电 路的隔离、信号的接地、线路板的布线等问题。除电磁 干扰外，测试系统还可能会受到机械振动、热、杂散光 等非电磁干扰的影响，对此也应采取相应的抑制措施。
消除或减小这种干扰的方法是在电感性负载上并联各 种吸收浪涌电压（电流）并抑制电弧或火花放电的元器件 （灭弧元件）。
常用的灭弧元件有RC电路、泄流二极管、硅堆整流 器、充气放电管、压敏电阻器、雪崩二极管等。
最新.
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9.3.5 其他干扰抑制技术 ■ 使用滤波器抑制高、低频干扰 ，对电源进行去耦滤波 ■ 使用隔离元器件切断共模干扰的电流回路 ■ 采用适当的屏蔽抑制电源产生的工频干扰 ■ 用软件进行数字滤波等数据处理 ■ 设计线路板时要进行合理的布线
● 通过电源内阻的共阻抗耦合干扰 ● 通过公共地线的共阻抗耦合干扰
最新.
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9.3 干扰抑制技术
抑制干扰的技术途径 ： ● 消除或抑制干扰源 ● 阻断干扰传输通道 ● 提高被干扰对象的抗干扰能力
最新.
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9.3.1 屏蔽技术 1. 静电屏蔽
静电屏蔽可以有效地抑制各种电场干扰。
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2. 电磁屏蔽
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9.1.2 差模干扰和共模干扰 1. 差模干扰
差模干扰等效电路
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差模干扰作用示意图
最新.
6
2. 共模干扰
对称
共模干扰等效电路
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不对称
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9.2 干扰的耦合方式
干扰三要素：干扰源、干扰耦合通道、被干扰对象。 9.2.1 静电耦合（电容性耦合）
en'
jCZ i 1 jCZi
en
若 jCZi 1
则
en' jCZien
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9.2.2 磁场耦合（互感性耦合）
en' Min
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9.2.3 漏电流耦合 因电路内部元件之间绝缘不理想而使相互之间存
在漏电阻而产生漏电流。
en'
Zi R Zi
en
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9.2.4 共阻抗耦合
共阻抗耦合干扰的产生是因为两个或两个以上的 电路中存在共同的阻抗。当一个电路的电流在共阻抗 产生电压降时，该电压降就会叠加在其它电路上，成 为它们的干扰电压，干扰电压的大小与干扰源的电流 大小和共阻抗的大小成正比 。
最新.
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9.3.3 浮置（浮空、浮接）技术
公共地既不接机壳，也不接大地，称为浮置。 浮置可使电路与机壳或大地之间的阻抗明显提高， 从而阻断了干扰电流的通道，大大减小了共模干扰 电流。
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某测温系统中的浮置
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9.3.4 灭弧技术
接通或断开某些电感性负载时，会在电路中产生比正 常电压（电流）高出许多倍的瞬时电压（电流），并在切 断处产生电弧或火花放电，这种瞬时高电压（电流）称为 浪涌电压（电流）。它们会直接对电路器件造成损害，对 测控电路造成极其严重的干扰。
利用涡电流产生的反磁场抑制高频电磁场的干扰。
最新.
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3. 磁屏蔽
采用高磁导率材料做屏蔽罩可有效抑制低频磁干扰。
最新.
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4. 驱动屏蔽
通过等电位驱动抑制因分布电容引起的静电耦合干扰。
最新.
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9.3.2 接地技术
1. 一点接地原则 系统的信号地线、交流电源地线和安全保护地线应
连在一起，并通过一公共点接地，否则会因接地点之间 的电位差而产生共模干扰。
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线路板布线及元器件排布的原则：
● 元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成直线走 向，以防止引起寄生耦合，避免相互干扰或自激振荡。 ● 电磁感应耦合元件应远离输入级，相互之间也应远离。 ● 高输入阻抗放大器输入级的走线应设有屏蔽保护环。 ● 低电平电路中的电源变压器和输入变压器应相互远离， 还需加屏蔽罩。 ● 将有关单元电路分块装配。 ● 弱信号线应远离强信号线和电源线；直流信号线应远离 交流信号线；输入级与可引起寄生耦合的导线严禁平行且 远离；一点接地；信号输入电缆的屏蔽层应选择适当的接 地点。