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第7章 抗干扰技术
• 抗干扰技术在电子测量及自动控制系统中是一个不容忽视的重要问题。因为干扰 不仅会影响测量精度，严重时甚至会使仪表无法正常工作；在自动控制系统中， 干扰轻则影响控制精度,降低产品质量,重则使系统控制失灵,损坏设备造成事故, 因此,采用适当的抗干扰措施,消除或削弱各种干扰就显得非常必要。
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静电耦合（电容性耦合）
• 由于两个电路之间存在着分布电容，当其中一个电路的电位发生变化时，该电路的电荷会通过分布电容传 送到另一个电路，称为静电耦合，其示意图见图7-1。
图7-1静电耦合示意图
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磁场耦合（互感性耦合）
• 当两个电路之间有互感存在时，一个电路中的电流产生变化会通过磁场耦合到另一个电路。例如，检测信 号线处于强磁场或通过大电流电网附近时，会产生磁场源自文库合而出现干扰信号。电气设备中变压器线圈的漏 磁是一种常见的磁场干扰。磁场耦合见图7-2。
• 为了有效地抑制和排除干扰，必须清楚地了解干扰的来源及其传输的途径，以便 采取有效的措施加以防护。
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7.1 干扰源与干扰耦合方式
• 所谓干扰，就是指影响测量结果或作用于控制系统的各种无用信号。 • 产生干扰信号的干扰源一般可分为外部干扰和内部干两种。
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7.1.1 干扰的来源
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7.1.3 仪表内部的干扰
• 仪表内部的所有电子元件都存在固有噪声。最重要的固有噪声有热噪声、散粒噪声和接触噪声。当噪声电 压使电路和不能正常工作时，该噪声电压称为干扰电压。 1. 热噪声（电阻噪声） 任何电阻即使不与电源相接，在它的两端也有一定的电压。 2. 散粒噪声 在半导体元件内，散粒噪声是通过晶体管某区的载流子的随机扩散以及电于一空穴对随机 产生和复合而形成的。 3. 接触噪声 接触噪声是由于两种材料之间的不完全接触，从而形成 电导率的起伏而产生的。
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
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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7.2 干扰抑制技术
• 工程测量中，可能会碰到各种各样的干扰，根据干扰在测量电路输入端的作用方式及其与信号电压的关系， 可以将干扰信号分为差模干扰和共模干扰两种，见图7-4。
• 图中， Un为串模干扰，它是叠加在被测信号电压Us上的干扰。Uc为共模干扰，它是加在仪表任一输入端 与地之间的干扰。
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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。
7.1.1.1 外部干扰 外部干扰主要来自自然界的干扰以及各种电气设备运行产生的干扰。 1.自然干扰 各种自然现象,如闪电、雷击、宇宙射线、环境（温度、湿度等）变化均可产生自然干扰。 2.各种电气设备运行产生干扰 各种电气设备运行产生的干扰是电磁干扰。
7.1.1.2 内部干扰 内部干扰主要是指测量电路内部各种元器件的噪声所引起的干扰。
c) 低频磁屏蔽 导电性良好的金 属箔对低频磁场干扰的抑制 效果很差。
d) 驱动静电屏蔽
图7-7 静电屏蔽原理
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3. 滤波技术 在工程测量中，串模干扰主要是50Hz的工频干扰。常用的R-C无 源滤波器的内阻较大和有一定的损耗，因此并不适用。
4. 对消方法 利用双积分式A/D转换器，因为它是对输入信号的平均值 而
1. 通过电源内阻的共阻抗耦合干扰 多级放大器或多个单元测量电路共用一个电源时，会产生共阻抗干扰。 2. 通过公共地线的共阻抗耦合干扰 在测量电路中，各单元电路都有各自的地线，如果这些地线不是一点
接地，各级电流流经公共地线时，在地线电阻上产生电压降，该电压就成为其它单元电路的干扰电压。 解决的办法是采用一点接地，即将每一单元电路接地点汇成一点，然后再将各接地点接到公共地线上去。
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7.2.1 串模干扰及其抑制技术
7.2.1.1 串模干扰 串模干扰又称为差模干扰、常态干扰、模向干扰，它是叠加在有用信号之上的一种干扰。这种叠加
可以是电压叠加，也可以是电流叠加，见图7-5。
图7-5 串模干扰的作用方式
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7.2.1.2 串模干扰的抑制
由于串模干扰叠加在被测信号之上，它一旦产生，其有害作用往往不大 容易消除。因此，首先应防止它的产生。
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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。
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图7-2 磁场耦合示意图
漏电流耦合
• 由于测量电路内部的元件支架、接线柱、印制电路板或外壳绝缘不良而存在漏电阻产生漏电流引起的干扰， 称漏是电流耦合，见图7-3a。
图7-3 漏电流耦合示意图
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共阻抗耦合
• 共阻抗耦合干扰的产生是由于两个以上的电路有共阻抗。当一个电路中的电流流经共阻抗生产电压降时， 就成为其它电路的干扰电压，其大小与阻抗的阻值及干扰源的电流大小成正比。
• 抗干扰技术在电子测量及自动控制系统中是一个不容忽视的重要问题。因为干扰 不仅会影响测量精度，严重时甚至会使仪表无法正常工作；在自动控制系统中， 干扰轻则影响控制精度,降低产品质量,重则使系统控制失灵,损坏设备造成事故, 因此,采用适当的抗干扰措施,消除或削弱各种干扰就显得非常必要。
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静电耦合（电容性耦合）
• 由于两个电路之间存在着分布电容，当其中一个电路的电位发生变化时，该电路的电荷会通过分布电容传 送到另一个电路，称为静电耦合，其示意图见图7-1。
图7-1静电耦合示意图
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磁场耦合（互感性耦合）
• 当两个电路之间有互感存在时，一个电路中的电流产生变化会通过磁场耦合到另一个电路。例如，检测信 号线处于强磁场或通过大电流电网附近时，会产生磁场源自文库合而出现干扰信号。电气设备中变压器线圈的漏 磁是一种常见的磁场干扰。磁场耦合见图7-2。
• 为了有效地抑制和排除干扰，必须清楚地了解干扰的来源及其传输的途径，以便 采取有效的措施加以防护。
第1页/共28页
7.1 干扰源与干扰耦合方式
• 所谓干扰，就是指影响测量结果或作用于控制系统的各种无用信号。 • 产生干扰信号的干扰源一般可分为外部干扰和内部干两种。
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7.1.1 干扰的来源
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7.1.3 仪表内部的干扰
• 仪表内部的所有电子元件都存在固有噪声。最重要的固有噪声有热噪声、散粒噪声和接触噪声。当噪声电 压使电路和不能正常工作时，该噪声电压称为干扰电压。 1. 热噪声（电阻噪声） 任何电阻即使不与电源相接，在它的两端也有一定的电压。 2. 散粒噪声 在半导体元件内，散粒噪声是通过晶体管某区的载流子的随机扩散以及电于一空穴对随机 产生和复合而形成的。 3. 接触噪声 接触噪声是由于两种材料之间的不完全接触，从而形成 电导率的起伏而产生的。
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
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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7.2 干扰抑制技术
• 工程测量中，可能会碰到各种各样的干扰，根据干扰在测量电路输入端的作用方式及其与信号电压的关系， 可以将干扰信号分为差模干扰和共模干扰两种，见图7-4。
• 图中， Un为串模干扰，它是叠加在被测信号电压Us上的干扰。Uc为共模干扰，它是加在仪表任一输入端 与地之间的干扰。
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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。
7.1.1.1 外部干扰 外部干扰主要来自自然界的干扰以及各种电气设备运行产生的干扰。 1.自然干扰 各种自然现象,如闪电、雷击、宇宙射线、环境（温度、湿度等）变化均可产生自然干扰。 2.各种电气设备运行产生干扰 各种电气设备运行产生的干扰是电磁干扰。
7.1.1.2 内部干扰 内部干扰主要是指测量电路内部各种元器件的噪声所引起的干扰。
c) 低频磁屏蔽 导电性良好的金 属箔对低频磁场干扰的抑制 效果很差。
d) 驱动静电屏蔽
图7-7 静电屏蔽原理
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3. 滤波技术 在工程测量中，串模干扰主要是50Hz的工频干扰。常用的R-C无 源滤波器的内阻较大和有一定的损耗，因此并不适用。
4. 对消方法 利用双积分式A/D转换器，因为它是对输入信号的平均值 而
1. 通过电源内阻的共阻抗耦合干扰 多级放大器或多个单元测量电路共用一个电源时，会产生共阻抗干扰。 2. 通过公共地线的共阻抗耦合干扰 在测量电路中，各单元电路都有各自的地线，如果这些地线不是一点
接地，各级电流流经公共地线时，在地线电阻上产生电压降，该电压就成为其它单元电路的干扰电压。 解决的办法是采用一点接地，即将每一单元电路接地点汇成一点，然后再将各接地点接到公共地线上去。
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7.2.1 串模干扰及其抑制技术
7.2.1.1 串模干扰 串模干扰又称为差模干扰、常态干扰、模向干扰，它是叠加在有用信号之上的一种干扰。这种叠加
可以是电压叠加，也可以是电流叠加，见图7-5。
图7-5 串模干扰的作用方式
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7.2.1.2 串模干扰的抑制
由于串模干扰叠加在被测信号之上，它一旦产生，其有害作用往往不大 容易消除。因此，首先应防止它的产生。
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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。
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图7-2 磁场耦合示意图
漏电流耦合
• 由于测量电路内部的元件支架、接线柱、印制电路板或外壳绝缘不良而存在漏电阻产生漏电流引起的干扰， 称漏是电流耦合，见图7-3a。
图7-3 漏电流耦合示意图
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共阻抗耦合
• 共阻抗耦合干扰的产生是由于两个以上的电路有共阻抗。当一个电路中的电流流经共阻抗生产电压降时， 就成为其它电路的干扰电压，其大小与阻抗的阻值及干扰源的电流大小成正比。