微机系统设计开发03-隔离与抗干扰技术

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1、孟祥印机电测控系xymeng@swjtu.cn《微机系统设计开发》《微机系统设计开发》1.微机系统设计开发的基本问题2.微机系统的接口与通信技术3.微机系统的隔离与抗干扰设计4.微机系统的软件开发与测试（软件工程）5.微机系统本安防爆设计6.微机系统应用案例干扰源与抗干扰耦合方式空间抗干扰措施过程通道的抗干扰措施系统供电与接地的抗干扰措施数字信号和软件程序的抗干扰措施提高计算机控制系统的可靠性措施3.微机系统的可靠性与抗干扰技术所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。抗干扰的方法有硬件措施、软件措施，还有软

2、硬件结合的措施。3.1干扰源与抗干扰耦合方式系统的各个装置己经小型化、集成化、数字化，然而在极小的空间内却容纳并处理着大量的信息，同时系统还要实施各种控制。其结果是抵御干扰的能力自然会有所下降。另外，系统采用大量的低电平信号电路，致使干扰的作用更加明显。3.1.1干扰来源干扰来源外部干扰内部干扰与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰由系统结构、制造工艺等决定的电源干扰空间干扰设备干扰3.1.1干扰来源1.电源干扰电源干扰是指来自供电电源的干扰，主要有：浪涌、尖峰、噪声和断电。◆浪涌:大功率设备感性负载设备的启动或停止造成浪涌。◆尖峰:大

3、功率开关的通断，使电网上出现尖峰脉冲。◆噪声:噪声随供电电源侵入系统。◆断电:断电、电网调度高压切换中的瞬间断电。3.1.1干扰来源2.空间干扰◆静电和电场的干扰系统的部分设备产生静电，或部分设备在某个电场之中。◆磁场干扰系统设备与某些能够产生磁场的电气设备构成电磁感应。◆电磁辐射干扰通信发射台；可控硅逆变电源、变频调速装置等发出的电磁波干扰。3.1.1干扰来源3.设备干扰设备干扰是指设备内部或设备之间产生的干扰。以上三种干扰，来自交流电源的干扰最为严重，其次为设备干扰，特别是来自通道的干扰，再其次为来自空间的辐射干扰。3.1.2干扰信号

4、的耦合方式干扰信号进入到计算机测控系统中的主要耦合方式分为四种：静电耦合方式电磁耦合方式共阻抗耦合方式电磁场辐射耦合方式。3.1.2干扰信号的耦合方式1.静电耦合方式当二根导线平行地放置至一定距离时，该二根导线之间的电容就构成了它们相互间的电容性耦合。两根导线之间的电容性耦合导线之间电容性耦合等效电路当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g)<<1时，式(9.1)可以近似表示为这表明干扰电压Un与干扰频率ω和幅度U1、输入电阻R、耦合电容C12成正比关系。当导体2对地电阻R很大，使jωR(C12+C2g)>>1时，式(9.1)可

5、以近似表示为在这种情况下，干扰电压Un由电容C12和C2g的分压关系及U1所确定，其幅值比前两种情况大得多。3.1.2干扰信号的耦合方式2.电磁耦合方式在设备内部，线圈或变压器的漏磁就是一个很大的干扰源；在设备外部，当二根导线在较长的距离内敷设或架设时，将会产生电磁耦合干扰。两个电路之间的电磁耦合电磁耦合等效电路其中：ω为感应磁场交变角频率M为两根导线之间的互感I1为导线1中的电流3.1.2干扰信号的耦合方式3.共阻抗耦合方式当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所产生的电压降会影响到另一个电路，该种耦合方式称作公共阻抗耦

6、合，其原理如图所示。公共阻抗耦合原理图公共电源线的阻抗耦合公共地线的阻抗耦合3.1.2干扰信号的耦合方式4.电磁场辐射耦合方式处于电磁波中的导体，将因受到电磁波的作用而感应出相应频率的电动势。3.2空间抗干扰的措施空间感应包括静电场、高频电磁场以及磁场引起的干扰，主要的方法解决：◆空间隔离：使敏感设备或信号线远离干扰源（如大型动力设备及大变压器等）。◆屏蔽：对敏感电路加屏蔽盒或对信号加屏蔽层，注意屏蔽层不能随意接地，必要时屏蔽层外还要有绝缘层。◆电气布线：合理的选择信号线，并在实际施工中正确的敷设信号线来抑制干扰。3.2.1屏蔽技术屏蔽主

7、要用来解决电磁干扰，将电力线或磁力线的影响限定在某个范围之内或阻止他们进入某个范围。通常可分为：◆低频磁场屏蔽◆电磁屏蔽◆双层屏蔽◆电场屏蔽3.2.1屏蔽技术屏蔽技术实现的关键是如何保证屏蔽体的完整性，使其电磁泄漏奖低到最小程度。通常采取以下措施◆屏蔽壳体接缝上的永久性缝隙一般采用氩弧焊密封焊接。◆机壳的通风孔一般采用穿孔金属板或者金属丝网覆盖。◆必须对传输线进行屏蔽，其屏蔽外皮必须伸入到外壳或链接器内部。◆元件的安装孔，需要通过导电衬垫与外壳连接。3.2.2电气布线技术系统布线设计的关键是进行正确电缆选型、敷设、抑制干扰和降低成本。1、

8、常用的线缆类型▲双绞线▲屏蔽电缆▲同轴电缆2、电缆的选择与敷设3.3过程通道的抗干扰措施强烈的干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，而且首当其冲是A心和