第六章 机电一体化系统的抗干扰设计精要.ppt

3.长线传输的阻抗匹配 长线传输时，若收发两端的阻抗不匹配，则会产生信号反射，使信号失真，其危害程度与传输的频率及传输线长度有关。为了对传输线进行阻抗匹配，首先要估算出它的特性阻抗Rp。图6-25所示为利用示波器进行测定的方法。图中调节电位器阻值R，当A门的输出波形失真最小，反射波几乎消失，这时的R值可以被认为是该传输线的特性电阻Rp的值。 图6-25 传输线特性阻抗测试 a) 终端并联阻抗匹配 b) 始端串联阻抗匹配 c) 终端并联隔直流匹配 d) 终端接钳位二极管匹配 图6-26 传输线的阻抗匹配形式 (1)终端并联阻抗匹配:终端匹配电阻的R1、R2的阻值按Rp=R1/R2(一般R1为220～230Ω，R2为270～390Ω)。由于终端阻值低，相当于加重负载，使高电平有所下降，故高电平的抗干扰能力会有所下降。 (2)始端阻抗匹配: 匹配电阻R的取值为Rp与A点输出低电平时的输出阻抗(约20Ω)之差。这种匹配方法会使终端的低电平提高，相当于增加了输出阻抗。降低了低电平的抗干扰能力。 (3)终端隔直匹配: 当电容C值较大时，可使其阻抗近似为零，它只起隔离直流作用，而不影响阻抗匹配，所以只要R=Rp即可。而C≥lO×T/(R1 +Rp)，其中T为传输脉冲宽度；R1为始端低电平输出阻抗(约20Ω)；这种连接方式能增加传输线对高电平的抗干扰能力。 (4)终端接钳伍二极管匹配:利用二极管D把B门输入端低电平钳位在0.3V以内，减少波的反射和振荡，并且可以大大减少线间窜扰，提高动态干扰能力。 4.长线的电流传输 长线传输时，用电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干扰能力。例如，以传感器直接输出0～20mA电流在长线上传输，在接收端可并上500Ω(或1kΩ)的精密金属膜电阻，将此电流转换为0～5V(或0～10V)电压，然后送入A/D转换通道。 图6-27 传感器的长线电流传输 5.传输线的合理布局 （1）强电馈线必须单独走线，不能与信号线混扎在一起； （2）强信号线与弱信号线应尽量避免平行走向，有条件的场合下，应努力使二者正交； （3）强弱信号平行走线时，线间距离应为干扰线内径的40倍。 6.7 模拟信号的线性光耦隔离 现代电子电气测量、控制中，常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量，如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。线性光耦可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离。本节介绍线性光耦器件HCNR200及其工作原理。 6.7.1 HCNR200基本工作原理 HCNR200光电耦合器主要技术指标如下： (1)具有±0.05%的最大线性误差，HCNR200具有最大±15%的传输增益偏差； (2)具有较宽的带宽，从DC到1MHz以上； (3)绝缘电阻高达1013Ω，输入和输出回路之间的分布电容为0.4pF； (4)耐压能力为 5000V /min，最大绝缘工作电压为1000V；具有0～15V的输入输出电压范围。 图6-28 HCNR200的内部结构原理 HCNR200光电耦合器的内部LED为发光二极管，PD1、PD2是两个相邻匹配的光敏二极管。光敏二极管的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流与光照强度成正比，这种封装结构决定了每一个光敏二极管都能从LED得到近似相等的光强，从而消除了LED的非线性和偏差特性所带来的误差。电流If流过LED时，LED发出的光被耦合到PD1与PD2，在器件输出端产生与光强成正比的输出电流Ipd1和Ipd2。 Ipd1= K1·If， Ipd2= K2·If， K=Ipd2/Ipd1。 K1、K2分别为输入、输出光电二极管的电流传输比，其典型值均在0.05%左右。K为传输增益，当一只 HCNR200被制造出来后，其输出侧光电流Ipd2和输入侧光电流Ipd1之比是一个恒定值K，K在1±0.15之间。 6.7.2 HCNR200基本工作电路 Vin=Ipd1·R1 Vout=Ipd2·R2 Vout/Vin = K(R2/R1) 其中K=Ipd2/Ipd1，K为HCNR200的传输增益，K在1±0.15之间。 可以看出，Vout和Vin成线性关系，与LED的光强输出特性无关。并且仅仅通过调整R1和R2的值，就可以改变此隔离放大电路的增益。 图6-29 HCNR200的基本工作电路 图6-30　高精度电压检测电路 Ipd1=UAIN/R2 Ipd2=UAOUT/(R4+R5//R6 ) 从而得到 UAOUT=UAIN·K（R4 + R5 //R6）/R2 可见，被测电压和输