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抗干扰的措施

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发表于 2015-6-21 22:36:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

高速电路PCB网,专注于嵌入式方案,信号完整性和电源完整性仿真分析,高速电路PCB设计,各种EDA工具(Cadence\Mentor\\AD\\CAM\ANSYS HFSS)交流学习。

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抗干扰的硬件措施
1、抗串扰干扰的措施
传模干扰通常叠加在各种不平衡输入信号和输出信号上,还有很多情况下是通过供电线路窜入系统的。因此,抗干扰电路通常便设置在这些干扰必经之路上。
(1)光电隔离
在输入和输出通道上,采用光电隔离器进行信息传输,它将控制系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来,很大一部分干扰(如外部设备和传感器的漏电现象)将被阻挡。
(2)继电器隔离
由于继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系,所以可利用继电器的线圈接收信号,通过触点发送和输出信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接接触,达到了抗干扰的目的。
(3)变压器隔离
脉冲变压器可实现数字信号的隔离。脉冲变压器的匝数较少,而且一次和二次绕组分别缠绕在铁氧磁体的两侧,分布电容仅几皮法,所以可作为脉冲信号的隔离器件。
(4)布线隔离
合理布线,满足抗干扰技术的要求。控制系统中产生干扰的电路有:
a、指示灯、继电器和各种电动机的驱动电路,电源线路、晶闸管整流电路、大功率放大电路等。
b、连接变压器、蜂鸣器、开关电源、大功率晶体管、开关器件等的线路。
c、供电线路、高压大电流模拟信号的传输线路、驱动计算机外部设备的线路和穿越噪声污染区域的传输线路等。
将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线,最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线,而且相互间要保持一定的距离。配线时应区分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。
(5)硬件滤波电路
滤波是为了抑制噪声干扰,在数字电路中,当电路从一个状态转换成另一个状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压。当电路接通与断开电感负载时,产生的瞬变噪声干扰往往严重影响系统的正常工作。所以在电源变压器的进线端加入电源滤波器,以消弱瞬变噪声的干扰。
滤波器按结构分为无源滤波器和有源滤波器。由无源元件电阻、电容和电感组成的滤波器为无源滤波器;有电阻、电容、电感和有源元件(如运算放大器)组成的滤波器为有源滤波器。
(6)过压保护电路
如果没有采用光电隔离措施,在输入输出通道上应采用一定的过压保护措施,以防引入过高电压,侵害控制系统。过压保护电路由限流电阻和稳压管组成,限流电阻选择要适应,太大了会引起信号衰减,太小了起不到保护稳压管的作用。稳压管的选择也要适宜,其稳压值以略高于最高传送的信号电压为宜,太低了对有效信号起限幅效果,使信号失真。对于微弱信号(0.2V以下),通常用两只反并联的二极管来代替稳压管,同样也可以起到电压保护作用。

2、抗共模干扰的措施
共模干扰通常是针对平衡输入信号而言的,抗共模干扰的方法主要有以下几种:
(1)平衡对称输入
在设计信号源(通常是各类传感器)时,尽可能做到平衡和对称,否则有可能产生附加的差模干扰,使后续电路不易对付。
(2)选用高质量的差动放大器
高质量差动放大器的特点为高增益、低噪声、低漂移、宽频带,可以有足够高的共模抑制比。
(3)控制系统的接地技术
在计算机控制系统中,通常是把数字电子装置和模拟电子装置的工作基准地浮空,而设备外壳或机箱采用屏蔽接地。浮地方式可使计算机系统不受大地电流的影响,提高了系统的抗干扰性能。由于强电设备大都采用保护接地,浮空技术切断了强电与弱电的联系,系统运行可靠。计算机系统设备外壳或机箱采用屏蔽接地。


3、采用双绞线
平行线间分布电容较大,不仅静电感应容易通过电容耦合,而且磁场干扰也会在信号线上感应出干扰电流,所以抗干扰能力差。
屏蔽信号线的办法,一种是采用双绞线,其中一根用作屏蔽线,另一根用作信号传输线;另一种是采用金属网状编织的屏蔽线,金属编织作屏蔽外层,芯线用来传输信号。一般的原则是:抑制静电感应干扰采用金属网的屏蔽线,抑制电磁感应干扰应该用双绞线。在长线传输中,双绞线比较常见。
在数字信号的长线传输中,除对双绞线的接地与节距有一定要求外,根据传送的距离不同,双绞线使用方法不同。

总之,干扰施加在理想中的系统时,最后系统会给出不正确的执行机构,轻者没有达到理想的效果,重者引起严重的事故(如温州的动车脱轨事件,据说当时遭雷劈了,系统最后崩掉了)。硬件可以消除绝大部分的干扰,然后软件再施加放干扰的措施(延迟、重复的判定),不然会影响到CPU和整个系统的效率和实时性。


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发表于 2015-6-23 10:16:25 | 显示全部楼层
好,有参考价值!
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