数字电子系统的抗干扰设计.ppt

数字电子系统的抗干扰设计数字电子系统的抗干扰设计 一、引言一、引言二、干扰的来源和分类二、干扰的来源和分类三、抗干扰设计（原则、步骤）三、抗干扰设计（原则、步骤）四、抗干扰措施四、抗干扰措施总述总述引言：引言：我们都希望设计的设备工作可靠，不会被其我们都希望设计的设备工作可靠，不会被其它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是，它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在，所由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在，所以，我们设计的产品往往达不到这些目标。以，我们设计的产品往往达不到这些目标。如果不能有效地解决这些问题，我们可能必如果不能有效地解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，这样一来既浪费了我们投资项目的所有时间、这样一来既浪费了我们投资项目的所有时间、资金和努力，又可能使产品性能大打折扣。资金和努力，又可能使产品性能大打折扣。因此，因此，一般在工作的开始就必一般在工作的开始就必须将干将干扰抑制抑制措施措施设计进产品品。二、干扰的来源和分类干扰的来源和分类来源：来源：用数学语言描述：一般dudt，didt大的地方就是干扰源。如：继电器、雷电、电机、可控硅、高频时钟等。分类：分类：干扰一般有电源噪声干扰、空间干扰(即场干扰)和传导干扰。1.电源噪声干扰有过压、欠压、浪涌电压、尖峰电压等；2.传导干扰则通过与系统相连接的导线传播到敏感器件的干扰，如，以与前向通道和后向通道等进入系统；3.空间干扰都通过电磁波辐射窜入系统。三、抗干扰设计三、抗干扰设计抗干扰设计的抗干扰设计的 原则：原则：即尽可能的减小干扰源的dudt，didt。减小干扰源的dudt主要是通在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的didt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。设计步骤设计步骤(1)了解干扰的类型和来源干扰源：了解干扰的类型和来源干扰源：(2)在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对系统的影响；系统的影响；(3)针对性的设计线路板、导线的结构以尽量针对性的设计线路板、导线的结构以尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件；消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件；(4)将系统分成模块调试，保证每个子系统组将系统分成模块调试，保证每个子系统组装正确无误、工作正常，在进行进一步组装装正确无误、工作正常，在进行进一步组装前不会有任何问题。前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，经常提前完通过一开始就正确地设计系统，经常提前完成任务，成本也较低。成任务，成本也较低。四、抗干扰措施四、抗干扰措施给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时会把可控硅击穿的)。1.抑制干扰源：抑制干扰源：继电器线圈增加续流二极管（反向并联），消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路)，减小电火花影响。布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。2切断传播途径：切断传播途径：按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离或在敏感器件上加蔽罩。3提高系统本身的抗干扰能力，降低系统对噪提高系统本身的抗干扰能力，降低系统对噪声的敏感程度。声的敏感程度。一些常见的干扰及抗干扰措施：一些常见的干扰及抗干扰措施：1空间干扰的产生及抗干扰措施空间干扰的产生及抗干扰措施在数字电子系统(如，计算机和利用微处理器的设备)中，数据快速传输和处理产生的信号有很高的重复频率和脉冲上升时间，因此，高频谐波非常显著，短导线和电缆以及印制电路上的导体都是有效的辐射体；另外，被控功率器件也产生能量较大的空间干扰；其它设备产生的电磁辐射作用于电缆以及印制电路上的导体也可产生干扰。不过空间干扰可用良好的屏蔽与正确接地、高频滤波加以解决，故数字电子系数字电子系统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰.数字电子系统中最重要、并且危害最严重数字电子系统中最重要、并且危害最严重的干扰来源于电源的污染。的干扰来源于电源的污染。2供电系统的电源干扰及抗干扰措施供电系统的电源干扰及抗干扰措施过压、欠压、停电的危害是显而易见的，轻则过压、欠压、停电的危害是显而易见的，轻则使系统运行异常，重则损坏系统。解决的办法是使系统运行异常，重则损坏系统。解决的办法是电源中加入交流稳压器，用来保证供电的稳定性，电源中加入交流稳压器，用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系统的可靠性。统的可靠性。半周过欠压通过磁饱和或电子交流稳压器后输出端也会半周过欠压通过磁饱和或电子交流稳压器后输出端也会产生振荡，解决办法与上相同。产生振荡，解决办法与上相同。浪涌浪涌与下陷电压或电流在短时间内超出容许值，如果与下陷电压或电流在短时间内超出容许值，如果幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大幅度过大也会毁坏系统。即使变化不大(10 15)，直接使用不一定会毁坏系统，但由于电源系统中，直接使用不一定会毁坏系统，但由于电源系统中接有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器等器件，往往接有反应迟缓的磁饱和或电子交流稳压器等器件，往往会在这些变化点附近产生振荡，由此造成的振荡能产生会在这些变化点附近产生振荡，由此造成的振荡能产生30 40的电源变化，而使系统无法工作，解决的电源变化，而使系统无法工作，解决的办法是使用快速响应的交流电源调压器的办法是使用快速响应的交流电源调压器.尖峰电压（浪涌的一种，但持续时间很短）尖峰电压（浪涌的一种，但持续时间很短）。解决问题的一种方法是采用浪涌吸收器。解决问题的一种方法是采用浪涌吸收器。另一种方法是使用具有噪声抑制能力的交流另一种方法是使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器或隔离开关电源模块。电源中的电源调节器或隔离开关电源模块。电源中的整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电流尖峰，可以采用软恢复整流器或高额定电流尖峰，可以采用软恢复整流器或高额定电压和电流整流器。压和电流整流器。另外，由谐波频谱分析可知，电源系统的干另外，由谐波频谱分析可知，电源系统的干扰源大部分是高次谐波，因此，采用扰源大部分是高次谐波，因此，采用低通滤低通滤波波让让50周市电基波通过，滤去高次谐波，以周市电基波通过，滤去高次谐波，以改善电源波形。改善电源波形。在电源配置中还可以采取下列措施：在电源配置中还可以采取下列措施：(1)利用反激变换器的开关稳压电源，在反激时把输利用反激变换器的开关稳压电源，在反激时把输人的干扰信号抑制掉；人的干扰信号抑制掉；(2)采用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器，把干扰采用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器，把干扰的瞬变能量转换成多种频率能量，达到均衡目的。的瞬变能量转换成多种频率能量，达到均衡目的。它的明显优点是抗电网瞬变干扰能力强，很适宜于它的明显优点是抗电网瞬变干扰能力强，很适宜于微机实时控制系统。微机实时控制系统。3 过程通道的干扰及抗干扰措施过程通道的干扰及抗干扰措施数字电子系统过程通道干扰通过与主机相联的前向通道、后向通道及与其它主机的相互信息传输通道进入。在过程通道中长线传输的干扰是主要因素之一。随着系统主振频率愈来愈高，过程通道的长线传输愈来愈不可避免。例如，按照经验公式计算，当计算机主振频率为1MHz时，传输大于05m或主振为4MHz时，传输线大于03m，即作为长线传输处理。数字电子系统中，传输线上的信息多为脉冲波，数字电子系统中，传输线上的信息多为脉冲波，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减与它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减与通道干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措通道干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措施有：施有：光电耦合隔离双绞线传输(1)光电耦合隔离措施光电耦合隔离措施光耦具有很强的抗干扰能力，这是因为：(a)光耦的输人阻抗很小，而干扰源内阻则很大，因此，能分压到光电耦合器输人端的噪声很小；(b)干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光耦输人部分的发光二极管是在电流状态下工作，由于干扰信号不能产生足够的电流而被抑制；(c)光电耦是在密封条件下实现输人与输出的光耦合，因此，不会受到外界的光干扰；(d)输人与输出问的分布电容极小，一般为本052PF，而且绝缘电阻很大，因此，干扰很难通过光耦传送到另一边。另外，光耦去掉了长线两端的公共地，不仅有效消除了各逻辑电路的电流流经公共地时所产生的噪声电压相互窜扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以防止受控设备短路时保护系统不受损坏。(2)双绞线传输双绞线传输在微机实时系统的长线传输中，双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，虽然频带较差，但波阻抗高、抗共模噪声能力强。双绞线能使各个小环路的电磁感应干扰相互抵消；其分布电容为几十皮法，距离信号源近，可起到积分作用，故双绞线对电磁场具有一定抑制效果，但对接地与节距有一定要求。另外，在接指示灯、继电器等时，也要使用双绞线，但由于这些电路中的电流比信号电流大很多，因此，这些电路应远离信号电路。当双绞线与光电耦合器联合使用时，如果在光电耦合器的光敏晶体管的基极上接有电容(数PF一00l)及电阻(1020Mi)，且后面跟接施密特型集成电路，则会大大加强抗振荡与抗噪声的能力。当双绞线与光电耦合器联合使用时，如果在光电耦合器的光敏晶体管的基极上接有电容(数PF一00l)及电阻(1020Mi)，且后面跟接施密特型集成电路，则会大大加强抗振荡与抗噪声的能力。五：数字电路的软件抗干扰措施五：数字电路的软件抗干扰措施数据传送中的抗干扰技术是将一个时间单元内传送的一个数据传送中的抗干扰技术是将一个时间单元内传送的一个数据，改为相同的数据一个时间单元内传送三次，接收数数据，改为相同的数据一个时间单元内传送三次，接收数据后进行比较。如果三次接收的数据相一致，则说明三次据后进行比较。如果三次接收的数据相一致，则说明三次接收的数据场未被干扰，数据传输正确；若不一致，则说接收的数据场未被干扰，数据传输正确；若不一致，则说明有干扰，需重要输入数据。明有干扰，需重要输入数据。z 谢谢！