硬件抗干扰技术

V1 ~
C12
C1g
C2g
R Vn
如果导体1上有干扰源V1存在，导体2为接受干扰的导体，则
导体2上出现的干扰电压Vn为
Vn
1
jRC12 jR(C12
C2
g
)
V1
•当导体2对地电阻R很小，使 jR(C12 C2g ) 1
Vn可近似表示为 Vn jRC12V1
这表明干扰电压Vn与干扰源频率和幅值V1、输入阻抗R、耦 合电容C12成正比关系。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
1、共电源干扰电压：如下图所示，在一块印刷线路板上各电路有公共电
源线，各独立电路回流通过公共回流线电阻Rpi和Rni（I=1，2，…，n）
产生压降
n
i1(Rp1 Rn1),(i1 i2 )(Rp2 Rn2 ), , i j (Rpn Rnn )
它们分别耦合进各级电路形成干扰。
j1
Rp1
Rp2
Rpn
i1
i2
in
Rn1 Rn2
Rnn
n
i1
i1 i2
ij
公共电源线的阻抗耦合 j1
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
2、共地干扰电压：如果系统的模拟信号和数字信号不是分 开接地的，如图（A）（B）所示，则数字信号就会耦合到 模拟信号中去。图（C）中模拟信号和数字信号是分开接地 的，两种信号分别流入大地，这样，就可以避免干扰。
模拟 系统
~
数字 系统
~
模拟 系统
数字 系统
模拟 系统
数字 系统
（A）
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（B） 公共地线的阻抗耦合
（C）
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰信号的区分
外部干扰主要是空间电或磁的影响。如：输电线和电器设备 发出的电磁场，太阳或其他天体辐射出的电磁波，电源电网 的波动、大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等) 的启停、传输电缆的共模干扰等。甚至气温、湿度等气象条 件也是外来干扰。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
导体1
导体2
C12
Vn
C12
~ V1
C1g R
C2g
V1 ~
C1g
C2g
R Vn
两平行导体间的电容耦合
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
6.1 硬件抗干扰技术
6.1.1 干扰的来源和传播途径 6.1.2 过程通道抗干扰 6.1.3 系统供电与接地
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硬件抗干扰
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一、干扰的定义：所谓干扰，就是有用信号以外的噪声造成 计算机设备不能正常工作的破坏因素。
二、研究干扰的目的：抑制或消除干扰。
6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
公共阻抗耦合：发生在两个电路的电流流经一个公共阻 抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路。
可分为共电源干扰电压和共地干扰电压。
如印刷电路板上的“地”，实质上就是公共回流线，由于它 仍然有一定的电阻，各电路之间通过它产生信号耦合。
系统中往往是多个电路共用一个电源，各电路的电流都流 经电源内阻Rn和线路电阻RL，Rn和RL就成为各电路的公 共阻抗。每一个电路的电流在公共阻抗上造成的压降都将 成为其它电路的干扰信号。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
磁场耦合：是通过导体间互感耦合进来的。
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。在设备内部，线圈
或变压器的漏磁会引起干扰；在设备外部，当两根导线平
三、研究方法:分析干扰的来源及传播途径，然后采用相应的 措施。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的来源
一、干扰的来源：对于过程控制计算机系统来说，干扰既可 能来源于外部，也可能来源于内部。
1.外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界环境因素 决定的。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
Vn
1
jRC12 jR(C12
C2
g
)
V1
•当导体2对地电阻R很大，使 jR(C12 C2g ) 1
Vn可近似表示为
Vn
C12 C12 C2g
V1
在这种情况下，干扰电压Vn由电容C12和C2g的分压关系及 V1所确定，其幅值比前种情况大的多。
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的来源
2.内部干扰:是由系统结构、制造工艺决定的。
内部干扰主要是系统的软件干扰、分布电容、分布电感引起 的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接 地造成电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰，甚至元器 件产生的噪声也属于干扰。
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行架设时，也会产生干扰。
导体1 I1
R1 M
导体2 Vn
~ R3
由于感应电磁场引起的耦合， 其感应电压Vn为：
Vn jMI1
~
V1
R2
其中，为感应线磁场交变角频 率，M为两根导线之间的互感，
两导体间的磁场耦合 Ge Sibo, Department of Automation
I1为导线1中的电流。 9
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6.1.1 干扰的来源和传播途径--干扰的传播途径
二、干扰的传播途径
主要有以下几种传播途径：传导耦合、静电耦合，磁场耦 合，公共阻抗耦合等。
传导耦合：干扰由导线进入电路中称为传导耦合。电源 线、输入输出信号线都是干扰经常窜入的途径。
静电耦合：干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦 合。系统内部各导线之间，印刷线路板的各线条之间，变压 器线匝之间和绕组之间，元件之间、元件与导线之间都存在 着分布电容。既然有分布电容存在，就可以对频率的干扰 信号提供1/jc的电抗通道，电场干扰就可以取道窜入，对 系统形成干扰。