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        關(guān)于電子電路抗干擾技術(shù)研究

        2014-08-27 03:03:24郝大海
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年12期
        關(guān)鍵詞:電子電路干擾源干擾信號

        郝大海

        (國家新聞出版廣電總局2021臺, 0161000)

        一、概述

        多數(shù)電子電路都是在弱電流下進行信息傳遞的,但在實際環(huán)境中的電子干擾信號或電子電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號,通過一定的路徑進入電子電路,進而會對電子電路造成影響。因此,在進行電子電路設(shè)計時必須考慮抗干擾的問題,只有設(shè)計出消除干擾的電路或預(yù)防干擾的措施,才能保證電子電路的正常運行。

        二、干擾的定義

        干擾是指對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不利影響的內(nèi)部或外部因素,在諸多的干擾中,電磁干擾最為常見,且對控制系統(tǒng)的影響也最大,對于其它干擾因素則可以通過一些物理方法進行解決。

        電磁干擾的干擾源可能來自電子系統(tǒng)內(nèi)部或外部。功率級內(nèi)高頻振蕩電路和開關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲信號是組成電子系統(tǒng)內(nèi)部的主要干擾源;而電子系統(tǒng)外部的干擾源主要為系統(tǒng)附近大功率電子設(shè)備啟停和自然雷電產(chǎn)生的干擾信號。為了確保電子電路的正常運行,因此需要加強對電子系統(tǒng)的抗干擾能力。

        三、電磁干擾的基本要素

        電磁干擾有三個基本要素構(gòu)成,即干擾源、傳播路徑及敏感器件,下面對其進行逐一介紹:a、干擾源。是指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或是信號,上述已進行介紹,不在贅述。b、傳播路徑。是指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或是媒介,其中傳導(dǎo)干擾和空間輻射干擾是兩種典型的干擾傳播路徑。c、敏感器件。是指易被干擾的對象,例如:D/A,A/D變換器,單片機,弱信號放大器等。

        四、電子電路中常見的干擾

        抗干擾技術(shù)主要是從干擾的傳播路徑上采取抑制措施,依據(jù)干擾的傳播通道,干擾可歸納為:

        (1)來自電網(wǎng)的干擾。多數(shù)電子電路中的直流電源是通過電網(wǎng)交流電經(jīng)過一系列整流、濾波及穩(wěn)壓后提供的,從而導(dǎo)致一些干擾信號沿著交流電源進入電子電路,致使干擾信號影響了電子系統(tǒng)的正常工作。諸如一些電力設(shè)備的啟停及雷電感應(yīng)所產(chǎn)生的高頻電壓都會疊加到電網(wǎng)電壓上。

        (2)來自地線的干擾。地線干擾是電子系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾,由于電子系統(tǒng)內(nèi)各部分電路大都共用一個直流電源,或是不同電源間共用一個地,使得各部分電路的電流在流過公共地電阻時會產(chǎn)生電壓降,此壓降使得各部分電路產(chǎn)生相互影響的干擾信號,即地線干擾。

        (3)來自信號通道的干擾。在進行遠距離測量、控制及通信過程中,電子系統(tǒng)的輸出、輸入信號線很長,且線間很近,信號在此傳輸過程中易受到附近電磁場的電磁感應(yīng)的干擾,或使信號間產(chǎn)生串?dāng)_,地線干擾,從而致使傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生畸變或失常,進而影響電子系統(tǒng)的正常運行。

        (4)來自空間電磁輻射的干擾。在上述干擾中,危害最大是來自電網(wǎng)和地線的干擾,然后是來自信號通道的干擾,而空間電磁輻射干擾的危害性一般不大,若能與干擾源保持一定的距離,或采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?,即可得到解決。

        五、抗干擾措施

        (1)抗電網(wǎng)干擾措施。為阻止從交流電源線引入干擾信號,可以在交流電源與電子系統(tǒng)間安裝交流穩(wěn)壓器、電源濾波器、整流器、雙T濾波器、無極性電容,下面對其各部分的功能進行簡要介紹:a、交流穩(wěn)壓器:用以確保供電的穩(wěn)定性,防止引起電源系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓或欠電壓,從而提高了電子系統(tǒng)的可靠性。但考慮到交流變壓器的價格較為昂貴,一般用在大型電子系統(tǒng)及對抗干擾要求較高的場合。b、電源濾波器:安裝在電源變壓器的前面,用以濾掉高頻干擾信號,使其交流50Hz基波通過,能顧消除工頻串模干擾,改善電源波形。c、帶有屏蔽層的電源變壓器:穿過電源變壓器的高頻干擾信號主要通過一、二次線圈間的分布電容進行傳播,通過在一、二次線圈間加入金屬屏蔽層,并將其接機殼地,這樣能夠有效地減小分布電容值,從而在很大程度上抑制了高頻干擾信號穿過電源變壓器進入二次側(cè)。d、雙T濾波器:濾波作為抑制干擾傳導(dǎo)的重要方法,考慮到干擾源發(fā)出電磁干擾的頻譜比接受信號的頻譜寬很多,使得接收器在接收有用信號的同時,也接收了些干擾信號。若采用濾波方法,則可以對干擾信號進行有效地抑制。e、無極性電容:將其并聯(lián)到直流穩(wěn)壓電路的輸入、輸出端和集成塊的電源引腳上,能夠濾掉高頻干擾信號。

        (2)抗地線干擾措施??沟鼐€干擾的措施可以歸納為以下幾種:a、盡可能采用一點接地,各部分電路的地自成一體后將其分別接到公共地上,然而在印刷電路板上此方法不便布線,為減小干擾,可以適當(dāng)加大地線的寬度。b、強、弱信號電路的地應(yīng)分開,然后再將其接到公共地上。c、模擬地和數(shù)字地兩者也要分開,然后再將其接到公共地上,以防兩者交叉混連。d、無論采取何種接地方式,接地線都應(yīng)短而粗,最大限度上的減小電阻。

        (3)信號通道中的抗干擾措施。對于信號通道上的噪聲干擾,雙絞線傳輸和光電耦合傳輸是兩種常見的抗干擾方法。a、雙絞線傳輸是指每條信號均采用兩條互絞的線進行傳輸,兩條線分別為信號線和地線。該方法是抑制空間電磁干擾、線間串?dāng)_及信號地線干擾最為有效簡便的措施。由于空間電磁場在每個絞環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同,使得每條線上的感應(yīng)電動勢可以互相抵消,所以不會對傳輸信號產(chǎn)生干擾;信號電流在兩條線上大小相等,方向相反,雙絞線對其它信號線的互感即為零,從而抑制了串?dāng)_;各信號的地線都是單獨的,能夠抑制信號之間通過其它地線進行干擾。b、光電耦合傳輸主要由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成,兩者彼此絕緣的密封在一起。其優(yōu)點是能夠有效抑制尖峰脈沖和各種噪聲干擾,從而大大提高了過程通道上的信噪比。信號從發(fā)光二極管輸入,之后發(fā)光照射到光敏三極管基極上,此時光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并經(jīng)集電極輸出。由此可得,輸入和輸出是互相隔離的,只有光耦合而沒有電的聯(lián)系,因此,兩邊的地不同,彼此可以獨立。

        結(jié)論

        抗干擾是一項非常復(fù)雜且實踐性很強的問題,因此,在進行電子電路設(shè)計中,應(yīng)事先采取些抗干擾措施,同時在調(diào)試中及時處理遇到的各種問題,并進行不斷改進,有助于提高電子電路的可靠性和穩(wěn)定性。

        [1]吳維寧,張文亮,吳峽.電力系統(tǒng)中電子設(shè)備抗干擾技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電力自動化設(shè)備,2001.

        [2]馬媛媛.印制電路板及抗干擾技術(shù)的設(shè)計研究[J].無線互聯(lián)科技,2013.

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