測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計(jì)11第9章抗干擾技術(shù)9.1干擾的來(lái)源及分類(lèi)9.2干擾耦合途徑9.3硬件抗干擾技術(shù)9.4軟件抗干擾技術(shù)2抗干擾技術(shù)3內(nèi)容回顧1、串模干擾和共模干擾的概念、特點(diǎn)及抑制措施2、干擾的耦合途徑3、硬件抗干擾技術(shù)（1）常用硬件抗干擾技術(shù)種類(lèi)、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方法（2）“地”的種類(lèi)、接地方法4、軟件抗干擾技術(shù)（1）軟件抗干擾都有那些實(shí)現(xiàn)方法（2）軟件陷阱的定義、實(shí)現(xiàn)方法等抗干擾技術(shù)串模干擾是由外界條件引起的、串聯(lián)疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量?jī)x器的輸入端，與被測(cè)信號(hào)一起進(jìn)入測(cè)量?jī)x器而引起測(cè)量誤差。串模干擾信號(hào)有直流和交流兩種。高壓輸電線與信號(hào)線平行敷設(shè)的輸電線導(dǎo)線中大電流所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)空間工頻電磁場(chǎng)在輸入回路中產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電勢(shì)分類(lèi)來(lái)源3.串模干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)4共模干擾是指輸入通道兩個(gè)輸入端上（如信號(hào)線和信號(hào)地）共有的干擾電壓。來(lái)源由于被測(cè)信號(hào)地和儀器地之間電位不等,兩個(gè)地之間的電位差就成為共模干擾源。共模干擾示意圖4.共模干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)569.2干擾的耦合途徑電容耦合磁場(chǎng)耦合公共阻抗耦合傳導(dǎo)耦合輻射耦合漏電耦合干擾的耦合途徑平行導(dǎo)線分布電容分布電感地線公共阻抗可以作為隔離開(kāi)關(guān)量/數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)使用輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源1.隔離技術(shù)（1）光耦隔離硬件抗干擾技術(shù)7（2）繼電器隔離繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒(méi)有電氣上的聯(lián)系，可利用繼電器的線圈接收電氣信號(hào)，從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離，常用于開(kāi)關(guān)量輸出，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。繼電器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)8（3）變壓器隔離對(duì)于一般的交流信號(hào)，可以用普通變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，如交流電壓/電流互感器。下圖表明了一個(gè)由CMOS集成電路完成的交流電流檢測(cè)電路。變壓器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)9（4）隔離放大器隔離放大器是一種特殊的測(cè)量放大電路，其輸入、輸出和電源電路之間沒(méi)有直接電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。⑴按隔離模式分類(lèi)：①兩口隔離：指信號(hào)輸入部分和信號(hào)輸出部分歐姆隔離，采取其它措施進(jìn)行電源隔離。②三口隔離：指輸入、輸出和供電三部分彼此歐姆隔離。⑵按隔離方法分類(lèi)：①變壓器隔離（電磁隔離）②光電隔離③電容隔離硬件抗干擾技術(shù)10112.濾波器技術(shù)模擬濾波器技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)123.屏蔽技術(shù)靜電屏蔽：在靜電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)等電位，利用銅、鋁等低阻導(dǎo)電材料，做成接地金屬容器，隔離內(nèi)外部電力線，消除靜電耦合。磁屏蔽：導(dǎo)體層以渦流方式消耗高頻干擾磁場(chǎng)的能量，利用一定厚度鐵磁材料（硅鋼、坡莫合金、鐵氧體、鋁板）制成容器。電磁屏蔽：用導(dǎo)電良好的金屬材料（銅箔,鋁箔/板）做成的接地電磁屏蔽層，同時(shí)起到磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用：屏蔽導(dǎo)線、屏蔽電纜。+QAB硬件抗干擾技術(shù)1213（1）靜電屏蔽靜電屏蔽指的是對(duì)靜電場(chǎng)的屏蔽靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個(gè)接地的金屬屏蔽導(dǎo)體由于金屬屏蔽導(dǎo)體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場(chǎng)干擾的原來(lái)耦合通道硬件抗干擾技術(shù)14（2）磁屏蔽低頻磁屏蔽是用來(lái)隔離低頻(主要指50Hz)磁場(chǎng)或固定磁場(chǎng)(也稱靜磁場(chǎng)，其幅度、方向不隨時(shí)間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng))對(duì)于低頻磁場(chǎng)的屏蔽，主要依賴高導(dǎo)磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用硬件抗干擾技術(shù)15磁屏蔽措施為了有效地進(jìn)行低頻磁屏蔽，屏蔽層材料要選用諸如坡莫合金之類(lèi)對(duì)低磁通密度有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，同時(shí)要有一定的厚度以減小磁飽和由鐵氧體壓制成的罐形磁芯可作為磁屏蔽使用，并可以把它和電磁屏蔽導(dǎo)體一同使用為提高屏蔽效果可采用多層屏蔽。第一層用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，以充分發(fā)揮其屏蔽作用；第二層用低導(dǎo)磁率的鐵磁材料，作用是使場(chǎng)強(qiáng)降低某些高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金經(jīng)機(jī)械加工后，其導(dǎo)磁性能會(huì)降低。因此用這類(lèi)材料制成的屏蔽體在加工后應(yīng)進(jìn)行熱處理硬件抗干擾技術(shù)磁性材料磁性元件吸收磁珠：用于抑制PCB板高頻傳導(dǎo)干擾夾式磁環(huán)：安裝方便，用于設(shè)備EMI結(jié)構(gòu)優(yōu)化扁平吸收環(huán)：用于數(shù)據(jù)總線、數(shù)字信號(hào)線濾波非晶材料燒結(jié)鐵氧體TVS管：作為尖峰抑制器使用粉芯材料Ni－Mn軟磁材料硬件抗干擾技術(shù)16電感線圈的品質(zhì)因數(shù)為

Q=ωL/R電感的離散參數(shù)：分布電容和直流電阻功率電感模壓線圈空芯線圈磁環(huán)線圈棒狀線圈變壓器硬件抗干擾技術(shù)1718（3）電磁屏蔽電磁屏蔽指的是對(duì)電磁波的屏蔽電磁屏蔽的基本原理是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中，利用高頻電磁場(chǎng)對(duì)屏蔽金屬的電磁感應(yīng)作用，在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，用渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消或減弱干擾磁場(chǎng)的影響，從而得到屏蔽的效果它主要用來(lái)防止高頻電磁場(chǎng)的影響，對(duì)于低頻磁場(chǎng)干擾的屏蔽效果很小硬件抗干擾技術(shù)19電磁屏蔽措施*圖片影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有：屏蔽體上不同部分的接縫、開(kāi)口等電磁屏蔽對(duì)屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多硬件抗干擾技術(shù)20電磁屏蔽措施*無(wú)線電能傳輸硬件抗干擾技術(shù)無(wú)鋁板有鋁板21硬件抗干擾技術(shù)頻率范圍電場(chǎng)強(qiáng)度E(v/m)磁場(chǎng)強(qiáng)度H(A/m)B場(chǎng)B(uT)等效功率密度Seq(W/m2)<1Hz-70009000-1Hz-8Hz80007000/f29000/f2-8Hz-25Hz8000900/f1100/f-0.025kHz-0.8kHz200/f0.9/f1.1/f-0.8kHz-3kHz200/f1.131.4-3kHz-150kHz671.131.4-0.15MHz-1MHz670.17/f0.21/f-1MHz-23MHz67/f1/20.17/f1/20.21f1/2-23MHz-2500MHz140.0360.0440.52.5GHz-10GHz9.85f1/20.026f1/20.028f1/2f/5Europe-EN62233:2008國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)InternationalCommissiononNon-IonizingRadiationProtection(ICNIRP)22硬件抗干擾技術(shù)三維電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試裝置*視頻234.接地技術(shù)（1）地線的類(lèi)型數(shù)字地：數(shù)字地也叫邏輯地。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種TTL、CMOS芯片及其它數(shù)字電路的零電位。模擬地：它是放大器，A/D，D/A轉(zhuǎn)換器中的模擬電路零電位。信號(hào)地：它是傳感器和變送器的地。功率地：它是指功率放大器和執(zhí)行部件的地。屏蔽地：它是為了防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)置的，同時(shí)也為了避免機(jī)殼帶電而危及人身安全而設(shè)置的。交流地：交流地是交流50Hz電源的地線，也稱為噪聲地。直流地：直流地是直流電源的地線。硬件抗干擾技術(shù)24（2）單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地硬件抗干擾技術(shù)25單點(diǎn)接地硬件抗干擾技術(shù)26單點(diǎn)接地硬件抗干擾技術(shù)27多點(diǎn)接地硬件抗干擾技術(shù)28混合接地硬件抗干擾技術(shù)模擬地和數(shù)字地隔離方式？29（3）屏蔽接地

電纜屏蔽層接地技術(shù)單地原則屏蔽線的接地應(yīng)與公共端連接Us放大器12UG正確連接Us放大器12C1C2C3正確連接UGRc1Rc2RiUG放大器ABRsUs硬件抗干擾技術(shù)30在高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下，測(cè)量?jī)x器經(jīng)常采用浮地系統(tǒng)為了防止在外殼上感應(yīng)出高電壓，外殼必須接大地安全可靠制造工藝復(fù)雜飛機(jī)、艦船上的設(shè)備采用浮地（4）浮地技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)315.總線的抗干擾設(shè)計(jì)線間竄擾控制線與線之間的距離；不要過(guò)長(zhǎng)地平行布線；在重要的信號(hào)線之間布一條地線，起到屏蔽效果；電路板正、反面垂直布線也可減少竄擾。(2)信號(hào)的反射方法一：采用總線驅(qū)動(dòng)器，增加驅(qū)動(dòng)電流，使反射信號(hào)不致影響接受方的邏輯電平；方法二：采取總線終端負(fù)載匹配的措施，消除反射現(xiàn)象。(3)總線負(fù)載和總線驅(qū)動(dòng)能力的擴(kuò)展通常采用降額設(shè)計(jì)來(lái)避免出現(xiàn)總線負(fù)載不足的問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載過(guò)大，CPU自身總線的驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)不足時(shí)，使用總線驅(qū)動(dòng)器來(lái)提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。硬件抗干擾技術(shù)326.傳輸線的抗干擾設(shè)計(jì)（1）屏蔽線的使用硬件抗干擾技術(shù)33（2）同軸電纜的使用硬件抗干擾技術(shù)34（3）雙絞線的使用硬件抗干擾技術(shù)35（4）扁平帶狀電纜的使用硬件抗干擾技術(shù)36（5）線纜與接插端子的連接（1）高電平線和低電平線不要走同一條電纜（2）高電平線和低電平線盡量不要走同一接插件（3）儀器進(jìn)出電纜的屏蔽保持完整接插件端子接法硬件抗干擾技術(shù)377.電源的抗干擾設(shè)計(jì)硬件抗干擾技術(shù)38硬件抗干擾技術(shù)切斷來(lái)自電源的干擾*現(xiàn)象特點(diǎn)措施過(guò)壓、欠壓、停電?t>1S交流穩(wěn)壓、UPS浪涌、下陷10mS<?