硬件抗干扰技术

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I1 U1
导线1
R1
Un
M
R2
导线2 R3
图 8-4 导 线 之 间 的 磁 场 耦 合
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3．公共阻抗耦合 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，从而产生干扰噪声的影响。 图8-5给出一个公共电源线的阻抗耦合示意图。
图8-3给出两根平行导线之间静电耦合的示意 电路，Cl 2是两个导线之间的分布电容，C1g、 C2g是导线对地的电容，R是导线2对地电阻。 如果导线1上有信号U1存在，那么它就会成为 导线2的干扰源，在导线2上产生干扰电压Un 。 显 然 ， 干 扰 电 压 Un 与 干 扰 源 U1 、 分 布 电 容 Cl2、C2g的大小有关。
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R3
R1
i2 A2
i1 A1
R4
R2
图 8-5 公 共 电 源 线 的 阻 抗 耦 合
在一块印制电路板上，运算放大器A1和A2是两个独
立的回路，但都接入一个公共电源，电源回流线的等效
电阻R1、R2是两个回路的公共阻抗。当回路电流i1变化
时，在R1和R2上产生的电压降变化就会影响到另一个回
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。
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4.1 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。
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。
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高压电缆 微机控制系统
闪电 雷达、电台 等天线发射
引入噪声 交流动力线
地电位波动 电机、电焊机 等大用电设备
图 8-1 外 部 干 扰 环 境
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内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引 入的。内部干扰环境如图8-2所示，有分布电容、 分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长 线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引 入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干 扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干 扰；甚至元器件产生的噪声等。
端。
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Ia 干扰线
Un
C1
Us
计算机控制系统 Us C2 计算机控制系统
(a) 表现形式
(b) 产生原因
图8- 6 串模干扰
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。目前常采用双绞线与滤波器两 种措施。
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1．双绞线做信号引线 双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为
第4节: 系统硬件抗干扰技术
1、干扰的来源与传播途径。 2、硬件抗干扰措施。
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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。
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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8- 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ห้องสมุดไป่ตู้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。
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8-7给出了带有屏蔽 护套的多股双绞线实物图。
8-7.双交线
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采用双绞线作信号线的目的，就是因为外界电 磁场会在双绞线相邻的小环路上形成相反方向 的感应电势，从而互相抵消减弱干扰作用。双 绞线相邻的扭绞处之间为双绞线的节距，双绞 线不同节距会对串模干扰起到不同的的抑制效 果，见表8-1。
双绞线可用来传输模拟信号和数字信号，用于 点对点连接和多点连接应用场合，传输距离为 几公里，数据传输速率可达2Mbps。
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节距(mm) 100 75 50 25
平行线
干扰衰减比
14 1
71 1
112
1
141
1
11
屏蔽效果 23 37 41 43 0
表8-1 双绞线节距对串模干扰的抑制效果
图8-2内部干扰环境
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4.2 干扰的传播途径
干扰的传播途径
干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场 耦合，公共阻抗耦合。
1．静电耦合
导线1
导线2
C 12
Un
C 1g
C 2g
U1
R
图 8-3 导 线 之 间 的 静 电 耦 合
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静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其它线 路的。两根并排的导线之间会构成分布电容， 如印制线路板上印制线路之间、变压器绕线之 间都会构成分布电容。
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4.3.1 串模干扰的抑制
串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声， 即干扰源串联在信号源回路中。其表现形式与产
生原因如图8-6所示。图中Us为信号源，Un为 串模干扰电压，邻近导线(干扰线)有交变电流Ia 流过，由Ia产生的电磁干扰信号就会通过分布电 容C1和C2的耦合，引至计算机控制系统的输入
路电流i2。反之，也如此。
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4.3 硬件抗干扰措施
❖ 引言 ❖ 4.3.1 串模干扰的抑制 ❖ 4.3.2 共模干扰的抑制 ❖ 4.3.3 长线传输干扰的抑制 ❖ 4.3.4 信号线的选择与敷设 ❖ 4.3.5 电源系统的抗干扰 ❖ 4.3.6 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。