第六章抗干扰技术.ppt

第六章 系统抗干扰技术 6.1 干扰及产生的因素 6.1.1干扰的定义 干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。 电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。 6.1.2 形成干扰的三个要素 1、干扰源 产生干扰信号的设备被称为干扰源，如变压器、继电器、微波设备、电机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁场。 2、传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。 3、接收载体 接收载体是指受影响的器件、设备或系统，其吸收了干扰信号，并转化为对其工作造成影响的电气参数。 6.1.3 干扰的传播方式 （1）传导方式：干扰信号通过各种线路传入。 （2）辐射方式：干扰信号通过空间感应传入。 所以，从接收器的角度看，耦合分为两类：传导耦合和辐射耦合。前者指电磁能量以电压V或电流I的形式通过金属导线等耦合至接收器；后者则通过空间以电磁场形式耦合。 6.1.4 电磁干扰的种类 按干扰源分类，电磁干扰分为以下两种类型。 1、自然干扰 自然干扰包括雷电干扰、射电干扰、辐射干扰等。自然干扰是不可控制的。 2、人为干扰 人为干扰主要是电气设备干扰，包括电源干扰、开关干扰、射频干扰和放电干扰（火花放电、辉光放电等）。人为干扰是可控制的。 人为干扰又包括系统内部干扰和外部干扰。 按干扰的耦合模式（传入系统的方式）分类，电磁干扰分为以下五种类型。 1、静电干扰 即电场通过电容耦合的干扰。 2、磁场耦合干扰 磁场耦合干扰是指大电流周围磁场对机电一体化设备回路耦合形成的干扰。 3、漏电耦合干扰 漏电耦合干扰是因绝缘电阻降低而由漏电流引起的干扰，多发生于工作条件比较恶劣的环境或器件性能退化、器件本身老化的情况下。 4、共阻抗干扰 共阻抗干扰是指电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰，这是机电一体化系统普遍存在的一种干扰。如图6-1所示的串联接地方式，由于接地电阻的存在，三个电路的接地电位明显不同。 6.1.5 干扰的存在形式 在电路中，干扰信号通常以串模干扰和共模干扰形式与有用信号一同传输。 1、串模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰，也称横向干扰。产生串模干扰的原因有分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合以及50Hz的工频干扰等。 2、共模干扰 共模干扰是指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰。图6-3所示的电路中，检测信号输入A/D转换器，A/D转换器的两个输入端上即存在公共的电压干扰。 6.2 干扰的抑制与防护 名词解释： 电磁兼容性设计——在设计中，考虑所设计的设备或系统在预定的工作场所运行时，既不受周围的电磁干扰的影响，又不对周围的设备施加干扰，这种设计方法称之。 6.2.1 屏蔽 屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。 按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。 电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。常用材料：铜或铝等导电性好的金属材料，应尽量严密并保持良好的接地。 磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。 （1）静磁场或低频交变磁场：可用高导磁率的材料，并保持磁路畅通。 （2）高频交变磁场：应选用良导体材料，如铜、铝。 6.2.2 隔离 目的：不发生电的联系，切断干扰的耦合通道。 常将强电部分与弱电部分、交流与直流部分隔离，此外还有以下几种隔离方法。 在光电耦合器中，输入与输出之间无电气上的联系，从而能有效地防止干扰从过程通道进入主机。光耦的抗干扰能力很强，主要有以下三方面的原因： （1）光耦的输入阻抗很低，一