硬件抗干扰技术

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1、第三章硬件抗干扰技术谈英姿tanyz@seu.edu.cn东南大学自控系工业自动化教研室主要硬件抗干扰技术接地屏蔽滤波2接地为什么要地线地线问题－地环路地线问题－公共阻抗耦合接地方式种类电缆屏蔽层的接地3安全地220V0V+++++4信号地定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径5地线引发干扰问题的原因V=IR地线电压地线是等电位的假设不成立电流走最小阻抗路径我们并不知道地电流的确切路径地电流失去控制6地线电位示意图2mV200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV7导线的阻抗Z=RAC+jL

2、L1H/m=1/(frr)1/2RAC=0.076rf1/2RDCr电流深度0.37II趋肤效应8导线的阻抗9金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40.50.612345678910S/W金属条阻抗/导线阻抗10地线问题－地环路IGVGVN地环路I1I211隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL12光隔离器发送接收RLVGVS光耦器件Cp13共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS+VN=R1/LVN/VGRL/（RS+RL）Mf14平衡电路对地环路干扰的抑制VG

3、RS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL15地线问题－公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V~16接地方式种类信号接地方式并联单点接地串联单点接地混合接地多点接地单点接地17单点接地123123串联单点接地优点：简单缺点：公共阻抗耦合并联单点接地优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R318串联单点、并联单点混合接地模拟电路1模拟电路2模拟电路3数字逻辑控制电路数字信息处理电路继电器驱动电路马达驱动电路19线路板上的地线噪声模拟数字20长地线的阻抗设备Z0=(L/C

4、)1/2RRLLCCFP1=1/2(LC)1/2ZP=(L)2/RRACRDC串联谐振并联谐振21多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路322混合接地~Vs地电流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地环路电流23屏蔽屏蔽的概念电屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽实际屏蔽体的问题双绞线和金属屏蔽线24屏蔽的概念屏蔽就是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传播的一种措施；屏蔽体是为了阻止或减小电磁能传输而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层，它可以是导电的、导磁的、介质的或带有非金属吸收填料的。25屏蔽效能屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2屏蔽作用的大小用屏蔽效

5、能度量:SE=20lg(E1/E2)dB26屏蔽效能与场强衰减的关系屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的难度越大。民用设备的机箱一般仅需要４０ｄＢ左右的屏蔽效能，而军用设备的机箱一般需要６０ｄＢ以上的屏蔽效能。屏蔽前场强屏蔽后的场强衰减量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.99999912027电屏蔽具有空腔的金属导体在静电平衡状态下，不仅导体内部场强为零，而且腔内场强也为零，因而置于腔内的物体不受外界电场的影

6、响，这种作用叫静电屏蔽。28电屏蔽静电屏蔽的一般方法是在电容耦合通道上插入一个接地的金属屏蔽导体。由于金属屏蔽导体接地，其中的干扰电压为零，从而隔断了电场干扰的原来耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs29磁屏蔽载流导体或线圈周围都会产生磁场，如果电流是随时间变化的，则磁场也随时间变化，这变化的磁场会对其他元件或电路造成干扰；对于低频磁场的屏蔽，主要依赖高导磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用30高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RS31怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高

7、导磁材料高导电材料32磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢0.010.11.010100kHzr10333电磁屏蔽电磁屏蔽是对于高频电磁场的屏蔽电磁波在通过金属材料或对电磁波有衰减作用的阻挡层时，会受到一定程度的衰减，这就起到了电磁屏蔽的作用。34趋肤深度举例35电磁屏蔽与静电屏蔽电磁屏蔽指的是对电磁波的屏蔽，而静电屏蔽指的是对静电场的屏蔽。静电屏蔽要求屏蔽体必须接地。影响屏蔽体电磁屏蔽效能的不是屏蔽体接地与否，而是屏蔽体导电连续性。破坏屏蔽体的导电连续性的因素有屏蔽体上不同部分的接缝、开口等。电磁屏蔽对屏蔽体的导

8、电性要求要比静电屏蔽高得多。36实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙37缝隙的泄漏低频起