《硬件抗干擾技術(shù)》PPT課件

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1、干擾的來源與傳播途徑2.6.1過程通道抗干擾技術(shù)2.6.2CPU抗干擾技術(shù)2.6.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù)2.6硬件抗干擾技術(shù)干擾的來源與傳播途徑1、什么是干擾：就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。2、干擾的來源干擾的來源是多方面的，有時(shí)甚至是錯(cuò)綜復(fù)雜的。干擾有的來自外部，有的來自內(nèi)部。即外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾：指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由外界環(huán)境因素決定的。外部干擾主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。外部干擾環(huán)境如下圖所示，有天電干擾，如雷電或大氣電離作用以及其他氣象引起的干擾電波；天體干擾，如太陽或其他

2、星球輻射的電磁波；電氣設(shè)備的干擾，如廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波，動(dòng)力機(jī)械、高頻爐、電焊機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生干擾；此外，熒光燈、開關(guān)、電流斷路器、過載繼電器、指示燈等具有瞬變過程的設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生較大的干擾；來自電源的工頻干擾也可視為外部干擾。內(nèi)部干擾：是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等決定的。內(nèi)部干擾主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。3、干擾的傳播途徑干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。靜電耦合：靜電耦合是電場(chǎng)通過電容耦合途徑竄

3、入其它線路的。兩根并排的導(dǎo)線之間會(huì)構(gòu)成分布電容，如印制線路板上印制線路之間、變壓器繞線之間都會(huì)構(gòu)成分布電容。（解釋見注釋）磁場(chǎng)耦合空間的磁場(chǎng)耦合是通過導(dǎo)體間的互感耦合進(jìn)來的。在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)則對(duì)其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。如設(shè)備內(nèi)部的線圈或變壓器的漏磁會(huì)引起干擾，還有普通的兩根導(dǎo)線平行架設(shè)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾，如下圖所示。（解釋見注釋）公共阻抗耦合公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。下圖給出一個(gè)公共電源線的阻抗耦合示意圖。（解釋見注

4、釋）2.6.1過程通道抗干擾技術(shù)1.串模干擾及其抑制方法(1)串模干擾所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在信號(hào)源回路中。也稱為常態(tài)干擾。一個(gè)串模干擾的例子圖中Us為信號(hào)源，Un為串模干擾電壓，鄰近導(dǎo)線(干擾線)有交變電流Ia流過，由Ia產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)就會(huì)通過分布電容C1和C2的耦合，引至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入端。（2）串模干擾的抑制方法①采用濾波器（低通、高通、帶通濾波器）：根據(jù)串模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，可以選用具有低通、高通、帶通等濾波器。其中，如果干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則選用低通濾波器；如果干擾頻率比被測(cè)

5、信號(hào)頻率低，則選用高通濾波器；如果干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻率的兩側(cè)時(shí)，則需用帶通濾波器。一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，常用下圖結(jié)構(gòu)的二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)與被測(cè)信號(hào)的快慢相關(guān)。該濾波電路可使50Hz的串模干擾信號(hào)衰減600倍左右，濾波器的時(shí)間常數(shù)小于200ms。無源二級(jí)阻容低通濾波器缺點(diǎn)是對(duì)有用信號(hào)也會(huì)有較大的衰減。為了把增益與頻率特性結(jié)合起來，對(duì)于小信號(hào)可以采取以反饋放大器為基礎(chǔ)的有源濾波器，它不僅可以達(dá)到濾波效果，而且能夠提高信號(hào)的增益，如下圖所示。②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，可采用限幅電路

6、，采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器削弱串模干擾的影響。③盡可能早地進(jìn)行前置放大，提高信噪比；或盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，或采取隔離和屏蔽等措施。④從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。如提高閾值電平，或采用低速邏輯器件等。⑤采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，以具有良好接地。雙絞線能抑制磁場(chǎng)耦合干擾屏蔽能抑制電廠耦合干擾2．共模干擾及其抑制方法(1)共模干擾所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。被測(cè)信號(hào)Us的參考接

7、地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差Ucm。對(duì)于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端來說，分別有Us+Ucm和Ucm兩個(gè)輸入信號(hào)。顯然，Ucm是共模干擾電壓。共模干擾示意圖在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中一般都用較長(zhǎng)的導(dǎo)線把現(xiàn)場(chǎng)中的傳感器或執(zhí)行器引入至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入通道或輸出通道中，這類信號(hào)傳輸線通常長(zhǎng)達(dá)幾十米以至上百米，這樣，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的參考接地點(diǎn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入或輸出通道的參考接地點(diǎn)之間存在一個(gè)電位差Ucm。這個(gè)Ucm是加在放大器輸入端上共有的干擾電壓，故稱共模干擾電壓。既然共模干擾產(chǎn)生的原因是不同“地”之間存在的電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地的漏阻抗

8、。因此，共模干擾電壓的抑制就應(yīng)當(dāng)是有效的隔離兩個(gè)地之間的電聯(lián)系，以及采用被測(cè)信號(hào)的雙端差動(dòng)輸入方式。具體的有變壓器隔離、光