总线接口与过程通道new课件.ppt

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1、计算机控制技术黄国宏广东工业大学信息工程学院应用电子系2008年3月2.5硬件抗干扰技术2.5.1过程通道抗干扰技术2.5.2CPU抗干扰技术2.5.3系统供电与接地技术干扰：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。抗干扰措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。干扰的来源：外部干扰和内部干扰。1、外部干扰指那些与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件。2、内部干扰是由系统结构、制造工艺等决定的。内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的干扰

2、，寄生振荡引起的干扰，甚至元器件产生的噪声。2.6.1过程通道抗干扰技术1.串模干扰及其抑制方法(1)串模干扰所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。（2）串模干扰的抑制方法如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。主要从干扰信号的特性和来源入手。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。2

3、)当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。因为此类转换器是对输入信号的积分值进行测量，而不是测量信号的瞬时值。若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。3)对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。4)从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。5)采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同

4、轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。2．共模干扰及其抑制方法(1)共模干扰所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差Ucm共模干扰示意图对于模/数转换器的两个输入端来说，分别有Us+Ucm和Ucm两个输入信号。显然，Ucm是共模干扰电压。在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地两种输入方式，如下图所示。对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压，如左图所示。所以必须采用双端输入不对地方式

5、，如右图所示。ZS、ZS1、ZS2为信号源US的内阻抗，ZC、ZC1、ZC2为输入电路的输入阻抗。共模干扰电压Ucm对两个输入端形成两个电流回路，每个输入端A和B的共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为：如果此时ZS1=ZS2，ZC1=ZC2，那么UAB=0，表示不会引入共模干扰，但上述条件实际上无法满足，只能做到ZS1接近ZS2，ZC1接近ZC2。因此有UAB≠0，也就是说实际上总存在一定的共模干扰电压。显然，当ZS1和ZS2越小，ZC1和ZC2越大，并且ZC1与ZC2越接近时，共模干扰的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压Ucm总是转化成一定的串模干扰Un出现在两个输入端之间。

6、为了衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)来表示，即Ucm是共模干扰电压，Un是Ucm转化成的串模干扰电压。显然，对于单端对地输入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，说明无共模抑制能力。对于双端不对地输入方式来说，由Ucm引入的串模干扰Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干扰能力越强。(2)共模干扰的抑制方法①变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压Ｕcm不成回路，从而抑制了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，切断两部分的

7、地线联系。在上图中，被测信号US经放大后，首先通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器B传输到副边，然后用解调器再将它变换为直流信号US2，再对US2进行A/D变换。②光电隔离光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，发光二极管两端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极分别作为光电耦合器的输出端，它们之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。③浮地屏蔽采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰，