九系统抗干扰设计

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1、何涛光电技术与智能控制教育部重点实验室嵌入式系统抗干扰设计1嵌入式系统抗干扰设计一.可靠性与抗干扰技术概述二.硬件电路抗干扰技术三.印刷电路板抗干扰措施四.软件抗干扰原理及方法2一、可靠性与抗干扰技术概述3随着控制技术自动化、智能化程度的提高，各种嵌入式系统应用越来越广泛，同时，由于电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)带来的系统运行不稳定现象也愈来愈严重。41、干扰的分类按噪声产生的原因分类放电噪声：主要由雷电、静电、电机电刷和大功率开关触点断开等放电现象产生的。高频振荡噪声：主要是感应电炉、开关电源、逆

2、变器、高频加热器、超声波设备以及电路内部反馈引起的高频自激振荡所产生的。浪涌噪声是由大功率设备、晶闸管变流器和电动机启动产生涌流所造成的。5按噪声传导模式分类常模噪声：又称差动噪声、串模噪声、横向噪声、线间感应噪声或对称噪声等，常模噪声与有用信号串在一起，噪声电流In与有用信号电流Is在线路中的流向是一致的，噪声电压Vn始终叠加在信号电压Vs上，如图(a)所示。这种噪声往往较难清除，当噪声的频率范围与有用信号相差较大时，可采用滤波方法来抑制。6共模噪声：又称地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。噪声电流In在一对信号线上各流过一部分，以地为公共回

3、路，只要线路处于平衡状态，即两根信号线对地阻抗一致时（Z1=Z2），则在两根信号线间产生的噪声电压Vn基本为0，共模噪声不会对有用信号产生影响，如图(b)所示。7但线路不平衡，即两根信号线对地阻抗不一致时（Z1<>Z2），噪声电压Vn就不为0，相当于在两根信号线存在常模噪声，如图(c)所示。通常输入输出信号线与大地或机壳之间的噪声都为共模噪声，信号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪声的方法较多，如隔离、屏蔽、接地等。8按噪声波形分类92、干扰的耦合方式公共阻抗耦合：是噪声源和信号处理电路具有公共阻抗时的传导耦合。常见的情况是

4、信号处理电路和信号输出电路使用公共电源，而电源不是内阻为零的理想电压源，电源内阻就成为了公共阻抗Zc，信号输出电路中的电流变化就会在公共阻抗上产生噪声信号，并通过电源线干扰信号处理电路。为了防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，通过去耦电路可减少公共阻抗耦合引起的干扰。10直接耦合：通常是噪声信号经过导线直接传导到被干扰电路中。图（a）中噪声信号Vn串接到有用信号Vs回路中，形成常模干扰；图（b）中噪声信号Vn对有用信号Vs形成共模干扰。11电容耦合：控制系统的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在分布电容。如某一导体上的信号电压变化通过

5、分布电容影响到其他导体上的电位，这种现象称为电容性耦合，也称静电耦合或电场耦合。噪声通过电容耦合的影响程度取决于分布电容大小和噪声的频率。图中，导线a、导线b之间存在分布电容Cab，导线a和导线b对地的分布电容为Cac和Cbc，噪声信号Vn可通过分布电容Cab会叠加在导线b上。12电磁感应耦合：电磁感应耦合又称磁场耦合。载流导体周围空间都会产生磁场，如磁场是交变的，则会对其周围闭合电路产生感应电势，因此，电路中的线圈、变压器甚至较长的导线都可能通过电磁感应耦合来传递噪声。图中，噪声信号Vn回路的L1与有用信号Vs回路的L2经等效的互感系数M耦

6、合，从而有可能造成对Vs的影响。13漏电耦合：是电阻性耦合方式。当相邻的元件或导线间绝缘电阻降低时，就会发生漏电耦合现象。图中Rab为导线a与导线b之间的绝缘电阻，当电路绝缘性能下降时，即Rab变小，则导线a上的信号Vn通过Rab与Rb分压耦合到导线b上，从而造成Vn对Vs的干扰。14辐射耦合：主要由电磁场辐射引起。当高频电流通过导线时，就会在导体周围形成空间传播的电磁波，一定长度的信号传输线既可作为发射天线，也可作为接收天线，这就是所谓的“天线效应”。在一定强度的电磁场辐射条件下，由于天线效应，噪声经辐射耦合入侵电路就难以避免。辐射耦合的示

7、意图如图所示。15二、硬件电路抗干扰技术161、元器件的选择必须深入了解元器件的电气参数，特别是极限参数，不能超出极限条件下工作。如对于二极管，应考虑最大反向电压、最大正向电流、反向电流、正向压降和工作频率等电气参数。注意温度对器件性能的影响，选择温漂小稳定性好的元器件。如工业级TTL集成电路的工作温度为0℃～70℃，CMOS集成电路的工作温度为-55℃～+125℃。为提高整体可靠性、降低接触不良故障、减少焊点数量，尽量选用大规模集成电路，少用小规模或中规模集成电路。17尽量选用抗干扰性能好的元器件。为了提高噪声容限，可选用CMOS器件，为了

8、抑制共模干扰，可选用测量放大器；为了抑制工频干扰，可选用积分型A/D，为提高传输距离，应采用电流传输器件等。有条件时，尽可能采用低功耗器件。对电池供电的场合，更应选