第三章硬件抗干扰技术课件.ppt
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- 第三 硬件 抗干扰 技术 课件
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1、下一页第三章第三章 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室NEXTRETNSTOP第第 2 页页主要硬件抗干扰技术主要硬件抗干扰技术l接地接地l屏蔽屏蔽l滤波滤波NEXTRETNSTOP第第 3 页页接地接地l为什么要地线为什么要地线l地线问题地环路地线问题地环路l地线问题公共阻抗耦合地线问题公共阻抗耦合l接地方式种类接地方式种类l电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地 NEXTRETNSTOP第第 4 页页安全地安全地220V0V+ + + + +NEXTRETNSTOP第第 5 页页信号地信号地定义:信号电流流回信号源的低阻抗路径定义:信号
2、电流流回信号源的低阻抗路径NEXTRETNSTOP第第 6 页页地线引发干扰问题的原因地线引发干扰问题的原因V = I R地线电压地线电压地线是等地线是等电位的假电位的假设不成立设不成立电流走最小电流走最小阻抗路径阻抗路径我们并不知我们并不知道地电流的道地电流的确切路径确切路径地电流失地电流失去控制去控制NEXTRETNSTOP第第 7 页页地线电位示意图地线电位示意图 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mVNEXTRETNSTOP第第 8 页页导线的阻抗导线的阻抗Z = RAC + jLL 1H/m = 1 / ( f r r)1/2 R
3、AC= 0.076r f1/2 RDCr电流深度0.37II趋肤效应趋肤效应NEXTRETNSTOP第第 9 页页导线的阻抗导线的阻抗频率 Hz d = 0.65cm 10cm 1m d = 0.27cm 10cm 1m d = 0.06cm 10cm 1m d= 0.04cm 10cm 1m 10Hz 51.4 517 327 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m 1k 429 7.14m 632 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 54
4、0m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 115 NEXTRETNSTOP第第 10 页页金属条与导线的阻抗比较金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10S / W金属条阻抗/导线阻抗NEXTRETNSTOP第第 11 页页
5、地线问题地环路地线问题地环路IGVGVN地环路I1I2NEXTRETNSTOP第第 12 页页隔离变压器隔离变压器屏蔽层只能接2点!C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRLNEXTRETNSTOP第第 13 页页光隔离器光隔离器发送接收RLVGVS光耦器件CpNEXTRETNSTOP第第 14 页页共模扼流圈的作用共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VN = R1 / LVN / VGRL/(RS + RL)MfNEXTRETNSTOP第第 15 页页平衡电路对地环路干扰的抑制平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVLN
6、EXTRETNSTOP第第 16 页页地线问题公共阻抗耦合地线问题公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗VNEXTRETNSTOP第第 17 页页接地方式种类接地方式种类 信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地 多点接地 单点接地NEXTRETNSTOP第第 18 页页单点接地单点接地123123串联单点接地串联单点接地优点:简单优点:简单缺点:公共阻抗耦合缺点:公共阻抗耦合并联单点接地并联单点接地优点:无公共阻抗耦合优点:无公共阻抗耦合缺点:接地线过多缺点:接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3NEXTRETNSTOP第第 19 页页串联单点、并联
7、单点混合接地串联单点、并联单点混合接地模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路NEXTRETNSTOP第第 20 页页线路板上的地线线路板上的地线噪声噪声模拟模拟数字数字NEXTRETNSTOP第第 21 页页长地线的阻抗长地线的阻抗设备设备Z0 = (L/C)1/2RRLLCCFP1 = 1/2 (LC)1/2ZP = ( L)2/RRAC RDC 串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振NEXTRETNSTOP第第 22 页页多点接地多点接地R1R2R3L1L2L3电路
8、1电路2电路3NEXTRETNSTOP第第 23 页页混合接地混合接地Vs地电流RsVs安全接地Rs安全接地地环路电流NEXTRETNSTOP第第 24 页页屏蔽屏蔽l屏蔽的概念屏蔽的概念电屏蔽电屏蔽磁屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽电磁屏蔽l实际屏蔽体的问题实际屏蔽体的问题l双绞线和金属屏蔽线双绞线和金属屏蔽线NEXTRETNSTOP第第 25 页页屏蔽的概念屏蔽的概念l屏蔽就是利用屏蔽体阻止或减少电磁屏蔽就是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传播的一种措施;能量传播的一种措施;l屏蔽体是为了阻止或减小电磁能传输屏蔽体是为了阻止或减小电磁能传输而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层,
9、它可以是导电的、导磁的、介质层,它可以是导电的、导磁的、介质的或带有非金属吸收填料的。的或带有非金属吸收填料的。NEXTRETNSTOP第第 26 页页屏蔽效能屏蔽效能屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB NEXTRETNSTOP第第 27 页页屏蔽效能与场强衰减的关系屏蔽效能与场强衰减的关系l屏蔽效能越高,每增加的难度越大。民用设备的机箱一般仅需要左右的屏蔽效能,而军用设备的机箱一般需要以上的屏蔽效能。 屏蔽前场强屏蔽后的场强衰减量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010
10、.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.999999120NEXTRETNSTOP第第 28 页页电屏蔽电屏蔽具有空腔的金属导体在静电平衡状态具有空腔的金属导体在静电平衡状态下,不仅导体内部场强为零,而且腔下,不仅导体内部场强为零,而且腔内场强也为零,因而置于腔内的物体内场强也为零,因而置于腔内的物体不受外界电场的影响,这种作用叫静不受外界电场的影响,这种作用叫静电屏蔽。电屏蔽。NEXTRETNSTOP第第 29 页页电屏蔽电屏蔽l静电屏蔽的一般方法是在电容耦合通静电屏蔽的一般方法是在电容耦合通道上插入一个接地的金属屏蔽导体。道上插入一个接地的金属屏
11、蔽导体。l由于金属屏蔽导体接地,其中的干扰由于金属屏蔽导体接地,其中的干扰电压为零,从而隔断了电场干扰的原来电压为零,从而隔断了电场干扰的原来耦合通道。耦合通道。C1sC1GC2GV1VsNEXTRETNSTOP第第 30 页页磁屏蔽磁屏蔽l载流导体或线圈周围都会产生磁场,如果电流是载流导体或线圈周围都会产生磁场,如果电流是随时间变化的,则磁场也随时间变化,这变化的随时间变化的,则磁场也随时间变化,这变化的磁场会对其他元件或电路造成干扰;磁场会对其他元件或电路造成干扰;l对于低频磁场的屏蔽,主要依赖高导磁率材料所对于低频磁场的屏蔽,主要依赖高导磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用具有的小磁阻起磁
12、分路作用NEXTRETNSTOP第第 31 页页高导磁率材料的磁旁路效果高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RSNEXTRETNSTOP第第 32 页页怎样屏蔽低频磁场?怎样屏蔽低频磁场?低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料NEXTRETNSTOP第第 33 页页磁屏蔽材料的频率特性磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103NEXTRETNSTOP第第 34 页页电磁屏蔽电磁屏蔽l电磁屏蔽是对于高频电磁场的屏蔽电磁屏蔽是对于高频
13、电磁场的屏蔽 l电磁波在通过金属材料或对电磁波有衰减作用的电磁波在通过金属材料或对电磁波有衰减作用的阻挡层时,会受到一定程度的衰减,这就起到了阻挡层时,会受到一定程度的衰减,这就起到了电磁屏蔽的作用。电磁屏蔽的作用。NEXTRETNSTOP第第 35 页页趋肤深度举例趋肤深度举例NEXTRETNSTOP第第 36 页页电磁屏蔽与静电屏蔽电磁屏蔽与静电屏蔽 l电磁屏蔽指的是对电磁波的屏蔽,而静电屏蔽指的是对静电场的屏蔽。l静电屏蔽要求屏蔽体必须接地。l影响屏蔽体电磁屏蔽效能的不是屏蔽体接地与否,而是屏蔽体导电连续性。破坏屏蔽体的导电连续性的因素有屏蔽体上不同部分的接缝、开口等。l电磁屏蔽对屏蔽体
14、的导电性要求要比静电屏蔽高得多。 NEXTRETNSTOP第第 37 页页实际屏蔽体的问题实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源:不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙NEXTRETNSTOP第第 38 页页缝隙的泄漏缝隙的泄漏低频起主要作用低频起主要作用高频起主要作用高频起主要作用NEXTRETNSTOP第第 39 页页缝隙的处理缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙NEXTRETNSTOP第第 40 页页电磁密封衬垫的种类电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层
15、的)螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布NEXTRETNSTOP第第 41 页页指形簧片指形簧片NEXTRETNSTOP第第 42 页页螺旋管电磁密封衬垫螺旋管电磁密封衬垫NEXTRETNSTOP第第 43 页页电磁密封衬垫的主要参数电磁密封衬垫的主要参数 屏蔽效能屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能关系到总体屏蔽效能) 回弹力(关系到盖板的刚度和螺钉间距)回弹力(关系到盖板的刚度和螺钉间距) 最小密封压力(关系到最小压缩量)最小密封压力(关系到最小压缩量)最大形变量(关系到最大压缩量)最大形变量(关系到最大压缩量) 压缩永久形变(关系到允许盖板开关次数)压缩永久形变(关系到允许盖板开关次数)
16、电化学相容性(关系到屏蔽效能的稳定性)电化学相容性(关系到屏蔽效能的稳定性)NEXTRETNSTOP第第 44 页页各种电磁密封衬垫的特点各种电磁密封衬垫的特点衬垫种类屏蔽效能弹性永久形变环境密封价格优点不锈钢螺旋管高好小无低价低镀锡铍铜螺旋管很高好小无中屏蔽效能高多重密封螺旋管高好小有较高有环境密封、耐久指形簧片高好小无高压缩最大、允许切向滑动接触空心金属网套低频高高频中等好较小无中需要的压力小橡胶芯金属网套低频高高频中等好小无低价低传统导电橡胶低频低高频高差大有高有环境密封、高频屏蔽好双重导电橡胶低频低高频高好小有低有环境密封、高频屏蔽好、价低定向金属丝导电橡胶低频高高频低好小有低有环境密
17、封、价低NEXTRETNSTOP第第 45 页页电磁密封衬垫的安装方法电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封NEXTRETNSTOP第第 46 页页显示窗显示窗/器件的处理器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器NEXTRETNSTOP第第 47 页页操作器件的处理操作器件的处理屏蔽体上开小孔用隔离舱将操作器件隔离出NEXTRETNSTOP第第 48 页页通风口的处理通风口的处理穿孔金属板NEXTRETNSTOP第第 49 页页屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法在内部可将电缆延伸在内部可将电缆延伸表面做导电清洁处理,保持表面做导电清洁处理,保持360度连接度连接注意防腐注意防腐屏蔽互
18、套屏蔽互套屏蔽体边界屏蔽体边界屏蔽电缆屏蔽电缆与电缆套与电缆套360度搭接度搭接NEXTRETNSTOP第第 50 页页屏蔽壳体上的穿线l屏蔽壳体上不允许有任何导线穿过,屏蔽效能再高的屏蔽体,一旦有导线穿过屏蔽体,屏蔽体的屏蔽效能就会大幅度下降。这是因为导线充当了接收干扰和辐射干扰的天线。当有导线要穿过屏蔽体时,必须使用贯通滤波器,如图所示。这样可以将导线接收到的干扰滤除到屏蔽体上,从而避免干扰穿过屏蔽体。NEXTRETNSTOP第第 51 页页搭接搭接 电子设备中,金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。例如:电缆屏蔽层与机箱之间搭接屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间
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