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信号传输中的抗干扰技术精选
3.信号源地线 传感器可看作是测量装置的信号源,多数情况下信号较为微弱,通常传感器安装在生产设备现场,而测量装置设在离现场一定距离的控制室内,从测量装置的角度看,可以认为传感器的地线就是信号源地线,它必须与测量装置进行适当的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。 通常传感器所在的设备与控制室的仪表柜之间存在电位差,这是两处的电磁场环境不同造成的。在接线正确的情况下,仪表柜是单独接地的,传感器的地线与设备机壳有良好的绝缘,传感器的地线可以接到仪表。同时传感器信号电缆的屏蔽层接仪表机壳,经仪表机壳与仪表柜地线相连。否则,传感器的信号线必须接隔离放大器,信号经隔离后再送给测量仪表。 * 4.负载地线(L0ad Grolreded wire) 负载的电流一般都比前级信号电流大得多,负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号,因此负载地线必须与其他信号地线分开。 例如,若误将喇叭的负极(接地线)与扩音机话筒的屏蔽线碰在一起,就相当于负载地线与信号地线合并,可能引起啸叫。又如当负载是继电器时,继电器触点闭合和断开的瞬间经常产生电火花,容易反馈到前级,造成干扰。这时经常让信号通过光耦合器(将在后面论述)来传输,使负载地线与信号地线在电气上处于绝缘状态,彻底切断负载对前级的干扰。 * (二) 一点接地原则 对于上述四种地线一般应分别设置,在电位需要连通时,也必须仔细选择合适的点,在一个地方相连,才能消除各地线之间的干扰。 1.单级电路的一点接地原则 现举单调谐选频放大器为例来说明单级电路的一点接地原则。电路如图10-16所示,图中有11个元件的一端需要接地,如果不熟悉单级电路的一点接地原则,从原理图来看,这11个端点可接在接地母线上的任意点上,这几个点可能相距较远,不同点之间的电位差就有可能成为这级电路的干扰信号,因此应采取图10-16b所示的一点接地方式。考虑到加工工艺,在实际的印制电路板设计中,只能做到各接地点尽量靠近、并加大地线的宽度,如图10-16c所示。图中的焊盘及铜箔走线是做在印制板的反面(底层,又称铜箔层或焊接面)。图10-16c中的文字是用丝网印刷的方法用彩色油墨印在印制板的正面(顶层,又称元件面),便于安装、调试时参考和校对。 * 图10-16 单级电路的一点接地 a)电原理图; b)一点接地电路图; c)印刷板实际采用的一点接地方式 1—接线端子;2—印刷板安装孔;3—接地母线;4—高频变压器金属屏蔽外壳接地点(上下个一个方孔) Top Over layer—文字层;Top layer—顶层(单面印刷板元件面);Bottm layer—底层(焊盘及走线层) * 2.多级电路的一点接地原则 图10-17a所示的多级电路的地线逐级串联,形成公共地线。在这段地线上存在着A、B、C三点不同的对地电位差,虽然其数值很小,但仍有可能产生共阻抗干扰。只有在数字电路或放大倍数不大的模拟电路中,为布线简便起见,才可以采用上述电路,但也应注意以下两个原则:一是公用地线截面积应尽量大些,以减小地线的内阻,二是应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近的地方。 图10-17b采取并联接地方式,这种接法不易产生共阻抗耦合干扰,但需要很多根地线,在低频时效果较好,但在高频时反而会引起各地线间的互感耦合干扰,因此只在频率为1MHz以下时才予以采用。当频率较高时,应采取大面积的地线,这时允许“多点接地”,这是因为接地面积十分大,内阻很低,事实上相当于一点接地,不易产生级与级之间的共阻耦合。 * 图10-17 多级电路的一点接地 a)串联式(错误接法) b)并联式(正确接法) * 3.检测系统的一点接地原则 检测系统通常由传感器(一次仪表)与二次仪表构成,两者之间相距甚远。当我们在实验室用较短的信号线将它们连接起来时,系统能正常工作;但当将它们安装到工作现场,并用很长的信号线连接起来时,可能发现测量数据跳动、误差变大。这里就涉及检测系统的一点接地问题。 (1) 大地电位差 当你在工业现场相距十米以上两部设备的接地螺栓之间跨接一只手电筒用的小电珠时,你会发现小电珠时而很亮,时而又暗淡无光。显然在两个接地螺栓之间存在一个变化的电位差,此电位差随工业现场用电设备的启停而随机波动。 图10-18 跨步电压及大地电位差 * (2) 检测系统两点接地将产生大地环流 若将传感器及二次仪表的零电位参考点在安装地点分别接各自的大地,则可能在二次仪表的输入端测到较为可观的50Hz干扰电压。究其原因,是因为由大地电位差UNi在内阻很小的传输线中的一根上产生较大数值的“大地环流”IN,并在传输线的内阻ZS
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