11单片机应用系统抗干扰技术.ppt

* * 单片机应用系统抗干扰技术 单片机应用系统属于电子设备，内部电信号相当微弱，外部工作环境又有各种各样的干扰。 一、干扰源 干扰源涉及很多方面，是十分错综复杂的，通常可将干扰源分为两大类，即内部干扰源和外部干扰源。 1、内部干扰源 是指由系统内在因素产生的干扰。主要有元器件固有噪声、分布电容、外部电感引起的耦合效应等引起的干扰。 2、外部干扰源 是指由于系统以外的因素造成的干扰。如工作环境、大功率电气设备、无线广播等引起的干扰。 1、串模干扰 串模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到仪表上的。如图： 常见干扰源 1、高压输电线、与信号线平行铺设的电源线及大电流控制 线所产生的电磁场。 来源： 2、信号源本身固有的漂移、纹波和噪声 3、电源变压器不良屏蔽或稳压滤波效果不良 抑制： 主要的抗串模干扰措施是用低通输入滤波器滤除交流干扰，对直流串模干扰采用补偿措施。 对于主要来自电磁感应的串模干扰，尽可能早地对被测信号进行前置放大，以提高回路中的信号噪声比，或者尽可能早地完成A/D转换或采取隔离屏蔽措施。 常见的低通滤波器有RC滤波器、LC滤波器、双T滤波器及有源滤波器，如图： 是指输入通道两个输入端上共有的干扰电压，这种干扰可是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决于现场产生干扰的环境和仪表的接地情况。示意图如下： 2、共模干扰 这里，对于输入通道的两个输入端来说，分别有Vs+Vcm和Vcm两个输入信号。显然，Vcm是转换器输入端上共有的干 扰电压，故称共模干扰电压。 被测信号的输入：单端输入：此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压双端输入 ：如图 每个输入端Ａ、Ｂ的共模电压为： 因此在二个输入端之间呈现的共模电压为： 如果此时Zs1=Zs2和Zcm1=Zcm2，则VAB=0，表示不会引入共模干扰，但实际上无法满足上述条件，只能做到Zs1接近于Zs2,Zcm1接近于Zcm2,因此VAB≠０，也就是说实际上总存在一定的共模干扰电压。显然，ZS1、ZS2越小，Zcm1、Zcm2越大，并且Zcm1与Zcm2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Vcm总是转化成一定的串模干扰出现在两个输入端之间。 1、采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器 2、利用变压器或光电耦合器把各种模拟负载与数字信号隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开，被测信号通过变压器耦合或光电耦合获得通路，而共模干扰由于不成回路而得到有效的抑制 。 3、采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰 。 共模干扰的抑制： 3、电源干扰 1. 当同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰，通过变压器的初级和次级之间的电容耦合到直流电源中去产生干扰； 2. 附近的断电器动作时产生的浪涌电压，由电源线经变压器级间电容耦合产生的干扰； 3. 共用同一个电源的附近设备接通或断开时产生的干扰。 4、数字电路的干扰 在数字电路的元件与元件之间，导线与导线之间，导线与元件之间，导线与结构件之间都存在着分布电容。如果某一个导体上的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其它导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。如图： 图（a）中，CAB是两导线之间的分布电容，CAD是Ａ导线对地的分布电容，CBD是Ｂ导线对地的分布电容，Ｒ是输入电路的对地电阻。 图(b)为等效电路，其中VS为等效的信号电压。若ω为信号电压的角频率，B导线为受感线 。 不考虑CAD时，B导线上由于耦合形成的对地噪声电压（有效值）VB为： 1、当R很大时，即 则 可见，此时VB与信号电压频率基本无关，而正比于CAB和CBD的电容分压比。显然只要设法降低CAB就能减小VB值。因此在布线时应增大两导线间的距离，并尽量避免两导线平行。 2. 当R很小时，即 则 这时VB正比于CAB、R和信号幅值VS,而且与信号电压频率ω有关。 因此，只要设法降低R值就能减小耦合受感回路的噪声电压。实际上，R可看作受感回路的输入等效电阻，从抗干扰考虑，降低输入阻抗是有利的。 开关量输入输出通道和模拟量输入输出通道，都是干扰窜入的渠道，要切断这条渠道，就要去掉对象与输入输出通道之间的公共地线，实现彼此电隔离以抑制干扰脉冲。最