计算机控制系统第9章-计算机控制系统的抗干扰技术课件.ppt

1、2022-8-61 第九章第九章 计算机控制系统的抗干扰技术计算机控制系统的抗干扰技术学习目标：学习目标：l了解计算机控制系统中干扰的来源及表现形式了解计算机控制系统中干扰的来源及表现形式l掌握过程通道设计中的抗干扰技术掌握过程通道设计中的抗干扰技术l掌握计算机控制系统中常用的接地技术掌握计算机控制系统中常用的接地技术l掌握计算机控制系统中抗干扰电源的设计方法掌握计算机控制系统中抗干扰电源的设计方法2022-8-62第一节第一节 工业现场的干扰及其对系统的影响工业现场的干扰及其对系统的影响 电路或系统中出现的电路或系统中出现的非期望的电信号非期望的电信号是噪声是噪声。噪声干扰是噪声对电路或系统

2、噪声干扰是噪声对电路或系统产生的不良影响产生的不良影响，会造成，会造成计算机设备不能正常工作。在计算机测控系统中，噪声干扰计算机设备不能正常工作。在计算机测控系统中，噪声干扰不仅会使测量信号产生误差，还可能导致系统的误动作。因不仅会使测量信号产生误差，还可能导致系统的误动作。因此，此，必须研究测控系统的抗噪声干扰技术必须研究测控系统的抗噪声干扰技术。形成噪声干扰要具备三个要素：形成噪声干扰要具备三个要素：噪声源噪声源、对噪声敏感的、对噪声敏感的接收电路接收电路和噪声源到接收电路间的和噪声源到接收电路间的耦合通道耦合通道。由此也可得到抑制噪声干扰的三种方法：由此也可得到抑制噪声干扰的三种方法：降

3、低噪声源的降低噪声源的强度强度、使接收电路对噪声不敏感使接收电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收抑制或切断噪声源与接收电路间的耦合通道电路间的耦合通道。一、噪声干扰的来源一、噪声干扰的来源1.外部干扰外部干扰 外部干扰是由外界环境决定的，与系统结构无关。外部外部干扰是由外界环境决定的，与系统结构无关。外部干扰主要是空间电或磁的影响，例如通信广播发射的无线电干扰主要是空间电或磁的影响，例如通信广播发射的无线电波，空中雷电，电网电压的波动、大型用电设备波，空中雷电，电网电压的波动、大型用电设备(如天车、电如天车、电炉、大电机、电焊机等炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设备和电磁开关的电磁的启停

4、、高压设备和电磁开关的电磁辐射，传输电缆的共模干扰等。辐射，传输电缆的共模干扰等。2.内部干扰内部干扰 内部干扰是由系统结构、制造工艺等所决定的，与外部内部干扰是由系统结构、制造工艺等所决定的，与外部环境无关。内部干扰主要是指系统的软件干扰、分布电容或环境无关。内部干扰主要是指系统的软件干扰、分布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的影响、电磁场辐射感应、长线传输的波反射等。影响、电磁场辐射感应、长线传输的波反射等。yyyy/M/d32022-8-6二、噪声干扰的传播途径二、噪声干扰的传播途径1.静电耦合（电容性耦合）静电

5、耦合（电容性耦合）干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦合。系统内部各导线之干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦合。系统内部各导线之间，印刷线路板的各线条之间，变压器线匝之间以及元件之间、元件与间，印刷线路板的各线条之间，变压器线匝之间以及元件之间、元件与导线之间都存在着分布电容。具有一定频率的干扰信号通过这些分布电导线之间都存在着分布电容。具有一定频率的干扰信号通过这些分布电容提供的电抗通道穿行，对系统形成干扰，如图所示。容提供的电抗通道穿行，对系统形成干扰，如图所示。yyyy/M/d42022-8-62电磁耦合（电感性耦合）电磁耦合（电感性耦合）电磁耦合是指在空间磁场中电路之间的互感耦合

6、。如果两个电路中电磁耦合是指在空间磁场中电路之间的互感耦合。如果两个电路中的两个导体靠得比较近，当一个回路中的电流变化时，载流导体在其周的两个导体靠得比较近，当一个回路中的电流变化时，载流导体在其周围的空间会产生变化的磁场，而交变磁场又会在相邻回路导体中产生感围的空间会产生变化的磁场，而交变磁场又会在相邻回路导体中产生感应电势，这样将干扰电压通过互感就耦合到其他回路中了，所以这种电应电势，这样将干扰电压通过互感就耦合到其他回路中了，所以这种电磁耦合总是存在的，只是程度强弱不同而已，取决于两个回路邻近导体磁耦合总是存在的，只是程度强弱不同而已，取决于两个回路邻近导体的互感系数的互感系数M M。y

7、yyy/M/d52022-8-63漏电流耦合（电阻性耦合）漏电流耦合（电阻性耦合）漏电流耦合是由于控制系统内部的电路绝缘不良，而出现的漏电流漏电流耦合是由于控制系统内部的电路绝缘不良，而出现的漏电流引起的电阻耦合产生的干扰。引起的电阻耦合产生的干扰。yyyy/M/d62022-8-64共阻抗耦合共阻抗耦合 公共阻抗耦合是指多个电路的电流流经同一公共阻抗时所产生的相公共阻抗耦合是指多个电路的电流流经同一公共阻抗时所产生的相互影响。例如系统中往往是多个电路共用一个电源，各电路的电流都流互影响。例如系统中往往是多个电路共用一个电源，各电路的电流都流经电源内阻经电源内阻RnRn和线路电阻和线路电阻RL

8、RL，RnRn和和RLRL就成为各电路的公共阻抗。每一个就成为各电路的公共阻抗。每一个电路的电流在公共阻抗上造成的压降都将成为其它电路的干扰信号。电路的电流在公共阻抗上造成的压降都将成为其它电路的干扰信号。yyyy/M/d72022-8-62022-8-68三、噪声干扰的作用形式三、噪声干扰的作用形式1.串模干扰：串模干扰：串模干扰是指串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源，即干扰源串联在信号源回路中。串联在信号源回路中。2022-8-692.2.共模干扰：共模干扰：共模干扰是在电路输入共模干扰是在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰端相对公共接地点同时出

9、现的干扰，也称为共态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等。也称为共态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等。2022-8-610干扰干扰：是指有用信号以外的：是指有用信号以外的噪声噪声或造成计算机设备或造成计算机设备不能正常工作的不能正常工作的破坏因素破坏因素。干扰影响系统的干扰影响系统的三个要素三个要素：干扰源干扰源、传播途径传播途径及及干干扰对象扰对象。四、抑制干扰的基本原则四、抑制干扰的基本原则（1 1）尽可能消除干扰源；）尽可能消除干扰源；（2 2）切断干扰耦合通路；）切断干扰耦合通路；（3 3）增强系统自身的抗干扰能力；）增强系统自身的抗干扰能力；抗干扰的措施抗干扰的措施2022-8-

10、611一、串模干扰抑制方法一、串模干扰抑制方法 第二节第二节 过程通道的抗干扰技术过程通道的抗干扰技术 串模干扰是指叠加串模干扰是指叠加在被测信号上的干在被测信号上的干扰噪声。扰噪声。被测信号指有用的被测信号指有用的直流信号或缓慢变直流信号或缓慢变化的交变信号化的交变信号干扰噪声指干扰噪声指无用无用的变化较快的杂的变化较快的杂乱交变信号乱交变信号2022-8-612 采用硬件滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。采用硬件滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用具有选用具有低通、高通、带通等滤波器。低通、高

11、通、带通等滤波器。1.1.采用滤波器采用滤波器：2022-8-613 2.2.当当尖峰型串模干扰尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用成为主要干扰源时，用双积分式双积分式A AD D转转换器换器可以削弱串模干扰的影响。可以削弱串模干扰的影响。3.3.采用电流传送。采用电流传送。4.4.采用信号线屏蔽技术。干扰比较强的工业现场，采用采用信号线屏蔽技术。干扰比较强的工业现场，采用双绞双绞屏蔽线屏蔽线作信号引线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电作信号引线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。势互相呈反向抵消。双绞线节距对串模干扰的抑制效果双绞线节距对串模干扰的抑制效果yyyy/M/

12、d142022-8-615二、共模干扰抑制方法二、共模干扰抑制方法 共模干扰是指模数共模干扰是指模数转换器两个输入端上转换器两个输入端上公有的干扰电压。公有的干扰电压。共模干扰示意图共模干扰示意图这种干扰可能这种干扰可能是直流电压，是直流电压，也可能是交流也可能是交流电压，其幅值电压，其幅值可达几伏甚至可达几伏甚至更高，取决于更高，取决于现场产生干扰现场产生干扰的环境条件和的环境条件和计算机等设备计算机等设备的的接地情况接地情况。2022-8-6161.1.采用采用变压器隔离变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，以使开来，以使共模

13、干扰电压不成回路共模干扰电压不成回路，从而抑制共，从而抑制共模干扰。模干扰。2022-8-6172.2.采用采用光电隔离光电隔离 发光二极管和光敏三极管之间的信号是靠发光二发光二极管和光敏三极管之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。完成的。容易实现，成本容易实现，成本低，体积小。广低，体积小。广泛的应用。泛的应用。2022-8-618 光电耦合器的模拟信号隔离光电耦合器的模拟信号隔离(在传感器与在传感器与A/D之间之间)光电耦合器的模拟信号隔离光电耦合器的模拟信号隔离(在在D/A转换器与执行机构之间转换器与执行机构之

14、间)yyyy/M/d192022-8-6203.3.采用采用浮地屏蔽浮地屏蔽 利用屏蔽方法使输入信号的利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地模拟地”浮空浮空，从而，从而达到抑制共模干扰的目的。达到抑制共模干扰的目的。4.4.采用具有采用具有高共模抑制比高共模抑制比的仪表放大器。的仪表放大器。浮地输入双层屏蔽放大器浮地输入双层屏蔽放大器 2022-8-621三、长线传输干扰的抑制三、长线传输干扰的抑制1.1.波阻抗的测量波阻抗的测量 在传输线的始端通过与非门加入标准信号。用示波器观察门在传输线的始端通过与非门加入标准信号。用示波器观察门A A的输出的输出波形，调节传输线终端的可变电阻波形，调节传输线终

15、端的可变电阻R R，当达到完全匹配时，即，当达到完全匹配时，即R=RPR=RP时，门时，门A A输出的波形不畸变，反射波完全消失，这时的输出的波形不畸变，反射波完全消失，这时的R R值就是该传输线的波阻值就是该传输线的波阻抗。抗。2022-8-62022-8-6222.2.终端匹配终端匹配最简单的终端匹配方法如图最简单的终端匹配方法如图(a)(a)所示，所示，如果传输线的波阻抗是如果传输线的波阻抗是RPRP，那么当，那么当R=RPR=RP时，便实现了终端匹配，消除时，便实现了终端匹配，消除了波反射。此时终端波形和始端波了波反射。此时终端波形和始端波形的形状相一致，只是时间上滞后。形的形状相一致

16、，只是时间上滞后。由于并联由于并联R R后终端电阻变低，则使信后终端电阻变低，则使信号的高电平下降，从而降低了高电号的高电平下降，从而降低了高电平的抗干扰能力，但对信号的低电平的抗干扰能力，但对信号的低电平没有影响。平没有影响。为了克服上述匹配方法的缺点，可采用图为了克服上述匹配方法的缺点，可采用图(b)(b)所示的终端匹配方法。所示的终端匹配方法。等效电阻等效电阻R R为：为：2121RRRRR2022-8-62022-8-623 适当调整适当调整R1R1和和R2R2的阻值，可使的阻值，可使R=RPR=RP。这种匹配方法也能消除波反射，。这种匹配方法也能消除波反射，优点是波形的高电平下降较少

17、，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，可选取的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，可选取R1=R2=2RPR1=R2=2RP，此时等效电阻，此时等效电阻R=RPR=RP。实践中，宁可使高电平降低得多一些，。实践中，宁可使高电平降低得多一些，而让低电平抬高得少一些，可通过适当选取电阻而让低电平抬高得少一些，可通过适当选取电阻R1R1和和R2R2，使，使R1R1R2R2达到达到此目的，当然要保证等效电阻此目的，当然要保证等效电阻R=RPR=RP。在终端并联隔直阻抗也可以实现终端

18、匹配在终端并联隔直阻抗也可以实现终端匹配 把电容把电容C串入匹配电路中，当串入匹配电路中，当C较大时，其阻抗接近于零只起隔直流作用，较大时，其阻抗接近于零只起隔直流作用，不会影响阻抗匹配，只要使不会影响阻抗匹配，只要使R=Rp就可以了。它不会引起输出高电平的降低，就可以了。它不会引起输出高电平的降低，故增加了高电平的抗干扰能力。故增加了高电平的抗干扰能力。2022-8-62022-8-6243.3.始端匹配始端匹配 在传输线始端串入电阻在传输线始端串入电阻R R，也能基本上消除反射，达到改善波形的目，也能基本上消除反射，达到改善波形的目的。一般选择始端匹配电阻的。一般选择始端匹配电阻R R为：

19、为：scpRRRRSC为门为门A的输出低电平时的输出阻抗。的输出低电平时的输出阻抗。这种匹配方法的优点是信号的高电平不变，缺点是终端信号低电平这种匹配方法的优点是信号的高电平不变，缺点是终端信号低电平会抬高，相当于增加了输出阻抗，降低了低电平抗干扰能力。其原因是会抬高，相当于增加了输出阻抗，降低了低电平抗干扰能力。其原因是终端门终端门B B的输入电流的输入电流IsrIsr在始端匹配电阻在始端匹配电阻R R上的压降所造成的。显然，终端上的压降所造成的。显然，终端所带负载门个数越多，则低电平抬高越明显。所带负载门个数越多，则低电平抬高越明显。2022-8-62022-8-625 安全地安全地的目的

20、是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电影响人身和设备的安全。通常安全地又称为保护地或机电影响人身和设备的安全。通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。模拟地模拟地作为传感器、变送器、放大器、作为传感器、变送器、放大器、A/D和和D/A转换中模转换中模拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，而且与生产现场相连。而且与生产现场相连。数字地数字地作为控制系统中各种数字电路的零电位，应该与模作为控制系统中各种数字电路的零电位，应该与模拟

21、地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。系统地系统地是以上几种地的最终回流点，直接与大地相连是以上几种地的最终回流点，直接与大地相连。交流地交流地是计算机交流供电电源地，即为动力线地，它的地是计算机交流供电电源地，即为动力线地，它的地电位很不稳定。电位很不稳定。一、计算机控制系统中的地一、计算机控制系统中的地第三节第三节 接地技术接地技术 信号地信号地作为控制系统中远距离传感器和变送器的零电位，作为控制系统中远距离传感器和变送器的零电位，以区别主机模拟地，是弱信号地。以区别主机模拟地，是弱信号地。2022-8-626 二、常用的接地方法二、常用的接地方法1

22、.1.单点接地与多点接地单点接地与多点接地 根据接地理论分析，根据接地理论分析，低频电路应单点接地，这主要是避免形成产生干扰低频电路应单点接地，这主要是避免形成产生干扰的地环路；高频电路应该就近多点接地的地环路；高频电路应该就近多点接地。一般来说，。一般来说，当频率低于当频率低于1MHZ时，时，采用单点接地方式为好；当频率高于采用单点接地方式为好；当频率高于10MHZ时，采用多点接地方式为好时，采用多点接地方式为好；而在而在110MHZ之间，如果采用单点接地，其地线长度不得超过波长的之间，如果采用单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地方式。否则应采用多点接地方式。yyy

23、y/M/d272022-8-6在工业控制系统中，信号频率大多小于在工业控制系统中，信号频率大多小于1MHZ，所以通常采用单点接地方式，所以通常采用单点接地方式输入 放大器图 8-24 单点接地方式输入信号_+输出采样/保持放大V+V保持电容V+V数字地模拟输出状态模拟地 数字地VCC数字输出V+VA/D转换器模拟输入地噪声模拟地yyyy/M/d282022-8-629 模拟地作为传感器、模拟地作为传感器、变送器、放大器、变送器、放大器、AD和和DA转换转换器中模拟电路的零器中模拟电路的零电位。电位。数字地作为数字地作为计算机中各计算机中各种数字电路种数字电路的零电位，的零电位，应该与模拟应该与

24、模拟地分开。地分开。安全地使设备机安全地使设备机壳与大地等电位，壳与大地等电位，以避免机壳带电以避免机壳带电而影响人身及设而影响人身及设备安全。备安全。系统地是上述几种地的系统地是上述几种地的最终回流点，直接与大最终回流点，直接与大地相连地相连。2.2.模拟地和数字地的连接模拟地和数字地的连接2022-8-6303.3.将数字地浮空并使机柜良好接地将数字地浮空并使机柜良好接地 浮地是指控制装置的数字地和大地之间不用导线连接，以悬浮的浮地是指控制装置的数字地和大地之间不用导线连接，以悬浮的“地地”作为系统的参考电平。作为系统的参考电平。机柜的良好接地，给机壳上感应的高频干扰电压提供了低阻抗的泄漏

25、机柜的良好接地，给机壳上感应的高频干扰电压提供了低阻抗的泄漏通道，使机壳上不至于因电荷蓄积而电压升高。这样，不仅对操作人员比通道，使机壳上不至于因电荷蓄积而电压升高。这样，不仅对操作人员比较安全，而且对提高系统的抗干扰性能也极为有利。较安全，而且对提高系统的抗干扰性能也极为有利。4.4.交流接地点与直流接地点分开交流接地点与直流接地点分开 为了避免电阻把交流电力线引入的干扰传输到控制装置内部，一般将为了避免电阻把交流电力线引入的干扰传输到控制装置内部，一般将交流地与直流地分开。这样既能保证控制系统内部器件的安全性，又能提交流地与直流地分开。这样既能保证控制系统内部器件的安全性，又能提高系统工作

26、的可靠性和稳定性。另外，由于交流地与直流地的分开，交流高系统工作的可靠性和稳定性。另外，由于交流地与直流地的分开，交流电网的地和控制系统的直流地各自形成自己的回路，其绝缘电阻可达电网的地和控制系统的直流地各自形成自己的回路，其绝缘电阻可达10910910101010。两者之间相当于开路，从而可以大大减少工业设备的地电。两者之间相当于开路，从而可以大大减少工业设备的地电流干扰。流干扰。2022-8-62022-8-6315.5.印刷电路板地线的安排印刷电路板地线的安排 在安排印刷电路板地线时，在安排印刷电路板地线时，首先要保证地线阻抗较低，为此必须尽可能地首先要保证地线阻抗较低，为此必须尽可能地

27、加宽地线，不要小于加宽地线，不要小于3mm3mm；其次要充分利用地线的屏蔽作用，将印刷电路板全部边缘用较粗的印其次要充分利用地线的屏蔽作用，将印刷电路板全部边缘用较粗的印刷地线环绕整块板子作为地线干线，并同时在板中的所有空隙处均填以地刷地线环绕整块板子作为地线干线，并同时在板中的所有空隙处均填以地线，这样既可减少地线阻抗，又可防止外部干扰窜入。线，这样既可减少地线阻抗，又可防止外部干扰窜入。将接地线构成闭环。若电路板上只有数字电路时，应该使地线形成环将接地线构成闭环。若电路板上只有数字电路时，应该使地线形成环路，环形地线可以减少接地电阻，从而减小接地电位差，这样可以明显提路，环形地线可以减少接

28、地电阻，从而减小接地电位差，这样可以明显提高抗噪声的能力。高抗噪声的能力。数字地线与模拟地线，不同的电源电压、高速电路与低速电路等的地数字地线与模拟地线，不同的电源电压、高速电路与低速电路等的地线要分开设置，最后汇总到电源端。高频部分最好采用栅格状的大面积覆线要分开设置，最后汇总到电源端。高频部分最好采用栅格状的大面积覆铜，以保证有良好的屏蔽效果。铜，以保证有良好的屏蔽效果。2022-8-62022-8-632SGPSGP接地系统示意图接地系统示意图 计算机控制系计算机控制系统中统中采用公共采用公共接地点接地点(SGP)(SGP)系统系统。选中一。选中一点作为系统接点作为系统接地点，系统中地点

29、，系统中各个参考接地各个参考接地点均与点均与SGPSGP点点连接，连接，防止接防止接地回路的形成地回路的形成。通常把铜网埋通常把铜网埋入地面深处，入地面深处，然后用铜排接然后用铜排接到到SGPSGP点上。点上。2022-8-633第四节第四节 电源系统的抗干扰技术电源系统的抗干扰技术一、电源系统的干扰类型一、电源系统的干扰类型（1 1）大功率感性负载或可控硅切换时，会在电网中产生强大的反电动势，）大功率感性负载或可控硅切换时，会在电网中产生强大的反电动势，这种瞬态高压（幅值可达这种瞬态高压（幅值可达2kv2kv，频率从几百赫兹到两兆赫兹）可引起电源波，频率从几百赫兹到两兆赫兹）可引起电源波形的

30、严重畸变。电网中的瞬态高压对系统会产生严重的干扰，其主要途径形的严重畸变。电网中的瞬态高压对系统会产生严重的干扰，其主要途径是由电源进线经电源变压器的初、次级绕组间的杂散电容，进入系统电路，是由电源进线经电源变压器的初、次级绕组间的杂散电容，进入系统电路，再从系统接地点入地返回干扰源。再从系统接地点入地返回干扰源。（2 2）当采用整流方式供电时，滤波不良会产生纹波噪声，这是一种低频干）当采用整流方式供电时，滤波不良会产生纹波噪声，这是一种低频干扰噪声。扰噪声。（3 3）当采用）当采用DC/DCDC/DC变换器或开关稳压电源时，会出现高频开关噪声干扰。变换器或开关稳压电源时，会出现高频开关噪声干

31、扰。（4 4）电源的进线和输出线也很容易受到工业现场以及天电的各种噪声干扰，）电源的进线和输出线也很容易受到工业现场以及天电的各种噪声干扰，这些噪声干扰经电源线耦合到电路中，对系统产生干扰。这些噪声干扰经电源线耦合到电路中，对系统产生干扰。二、电源系统的抗干扰措施二、电源系统的抗干扰措施 可在电源系统的交流进线端接对称可在电源系统的交流进线端接对称LCLC低通滤波器，以滤除交流进线上低通滤波器，以滤除交流进线上引入的大于引入的大于50Hz50Hz的高次谐波干扰，改善电源的波形；的高次谐波干扰，改善电源的波形；电源滤波和退耦是抑制电源干扰的主要措施。电源滤波和退耦是抑制电源干扰的主要措施。可在变

32、压器初级跨接变阻二极管（也可跨接适当的压敏电阻），用来可在变压器初级跨接变阻二极管（也可跨接适当的压敏电阻），用来抑制进入交流电源线上的瞬时干扰（或者大幅值的尖脉冲干扰）；抑制进入交流电源线上的瞬时干扰（或者大幅值的尖脉冲干扰）；可在电源变压器中采用双重屏蔽措施，将初、次级隔离起来，使混入可在电源变压器中采用双重屏蔽措施，将初、次级隔离起来，使混入初级的噪声干扰不致进入初级；初级的噪声干扰不致进入初级；在整流滤波电路中采用电解电容和无感高频电容并联组合，以进一在整流滤波电路中采用电解电容和无感高频电容并联组合，以进一步减小高频噪声进入电源系统；整流滤波后的直流电压再经稳压，可使干步减小高频噪声

33、进入电源系统；整流滤波后的直流电压再经稳压，可使干扰被抑制到最小；扰被抑制到最小；当一个电源系统同时向几个电路供电时，为了避免通过电源内阻造当一个电源系统同时向几个电路供电时，为了避免通过电源内阻造成几个电路间相互干扰，可在每个电路的直流电源进线与地之间接入成几个电路间相互干扰，可在每个电路的直流电源进线与地之间接入RCRC或或LCLC退耦滤波电容。退耦滤波电容。yyyy/M/d342022-8-62022-8-635 计算机常用的直流稳压电源如图所示。该电源采用了双隔离、双滤波计算机常用的直流稳压电源如图所示。该电源采用了双隔离、双滤波和双稳压措施，具有较强的抗干扰能力，可用于一般工业控制场

34、合。和双稳压措施，具有较强的抗干扰能力，可用于一般工业控制场合。1.隔离变压器隔离变压器 隔离变压器的作用有两个：其一是防止浪涌电压和尖峰电压直接窜入隔离变压器的作用有两个：其一是防止浪涌电压和尖峰电压直接窜入而损坏系统；其二是利用其屏蔽层阻止高频干扰信号窜入。而损坏系统；其二是利用其屏蔽层阻止高频干扰信号窜入。三、抗干扰稳压电源的设计三、抗干扰稳压电源的设计2022-8-62022-8-6362.低通滤波器低通滤波器 各种干扰信号一般都有很强的高频分量，低通滤波器是有效的抗干扰各种干扰信号一般都有很强的高频分量，低通滤波器是有效的抗干扰器件，它允许工频器件，它允许工频50Hz50Hz电源通过

35、，而滤掉高次谐波，从而改善供电质量。电源通过，而滤掉高次谐波，从而改善供电质量。3.交流稳压器交流稳压器 交流稳压器的作用是保证供电的稳定性，防止电源电压波动对系统的交流稳压器的作用是保证供电的稳定性，防止电源电压波动对系统的影响。影响。2022-8-62022-8-6374.电源变压器电源变压器 电源变压器是为直流稳压电源提供所要求的电压而设置的。为了增强电源变压器是为直流稳压电源提供所要求的电压而设置的。为了增强系统的抗干扰能力，电源变压器做成双屏蔽形式。系统的抗干扰能力，电源变压器做成双屏蔽形式。5.直流稳压系统直流稳压系统2022-8-62022-8-638简易直流稳压电源示意图简易直

36、流稳压电源示意图 在交流电压波动不大的场合，交流稳压器可省略；在浪涌和尖峰电压在交流电压波动不大的场合，交流稳压器可省略；在浪涌和尖峰电压不大的场合，隔离变压器和电源变压器可以合二为一。这样可简化电源系不大的场合，隔离变压器和电源变压器可以合二为一。这样可简化电源系统结构。统结构。2022-8-6四、电源系统的异常保护四、电源系统的异常保护1.1.不间断电源不间断电源UPSUPS 在正常情况下，由交流电网向计算机系统供电，并同时给在正常情况下，由交流电网向计算机系统供电，并同时给UPSUPS的电池的电池组充电。一旦交流电网出现断电，则不间断电源组充电。一旦交流电网出现断电，则不间断电源UPSU

37、PS自动切换到逆变器供自动切换到逆变器供电，逆变器将电池组的直流电压逆变成工频交流电压，此电压送给直流稳电，逆变器将电池组的直流电压逆变成工频交流电压，此电压送给直流稳压器后继续保持对系统的供电。压器后继续保持对系统的供电。2 2连续备用供电系统连续备用供电系统 连续备用供电系统由柴油发电机供电，在两种供电系统转换期间，由连续备用供电系统由柴油发电机供电，在两种供电系统转换期间，由电池完成平滑过渡，以避免电源更换对系统的冲击。电池完成平滑过渡，以避免电源更换对系统的冲击。yyyy/M/d392022-8-63 3计算机系统的掉电保护计算机系统的掉电保护（1）电源监控电路。）电源监控电路。（2）

38、掉电保护。）掉电保护。yyyy/M/d402022-8-6第五节第五节 印刷电路板抗干扰设计印刷电路板抗干扰设计一、印制电路板布局一、印制电路板布局1 1电路板的大小确定电路板的大小确定 在外壳尺寸确定的前提下，考虑电路板的大小时应该注意：电路板在外壳尺寸确定的前提下，考虑电路板的大小时应该注意：电路板过小，则器件的密集度高，不利于散热，而且线与线间容易引发干扰；若过小，则器件的密集度高，不利于散热，而且线与线间容易引发干扰；若电路板过大，则制造费用高，印刷线条长，阻抗增加，抗噪声能力减弱。电路板过大，则制造费用高，印刷线条长，阻抗增加，抗噪声能力减弱。当不受外壳限制时，一般采用长宽之比为当不

39、受外壳限制时，一般采用长宽之比为3 3：2 2或或4 4：3 3的矩形。的矩形。2 2布置元器件布置元器件 在抗干扰问题上，元器件物理位置布置要注意高频电路尽量按无规则在抗干扰问题上，元器件物理位置布置要注意高频电路尽量按无规则排列，有利于减少分布参数的影响，其它电路可以按照有规则方向排列；排列，有利于减少分布参数的影响，其它电路可以按照有规则方向排列；热敏感元件的放置要注意散热元件的散热方向，避免引起热辐射。热敏感元件的放置要注意散热元件的散热方向，避免引起热辐射。yyyy/M/d412022-8-6二、印刷电路板布线二、印刷电路板布线（1 1）考虑到铜膜导线自身的电阻、电感效应，布线时不易

40、太长，）考虑到铜膜导线自身的电阻、电感效应，布线时不易太长，避免反射干扰以及高压放电现象的产生，拐角处宜用避免反射干扰以及高压放电现象的产生，拐角处宜用450450角或圆角或圆弧方式，不能有尖角形态出现。布双面电路板时，两面的导线弧方式，不能有尖角形态出现。布双面电路板时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合。耦合。（2 2）铜膜导线的线宽，应以能满足电气性能要求而又便于生产）铜膜导线的线宽，应以能满足电气性能要求而又便于生产为准，它的最小值取决于流过它的电流以及加工过程的抗剥强为准，它的最小值取决于流过它的

41、电流以及加工过程的抗剥强度。一般情况下，分立元件度。一般情况下，分立元件1.5mm1.5mm左右，左右，ICIC电路可以在电路可以在1mm1mm以以下。下。（3 3）相邻铜膜线之间的间距应该宽一点为好。由于信号频率越）相邻铜膜线之间的间距应该宽一点为好。由于信号频率越来越高，为减少分布电容的影响，相邻铜膜线之间的距离要加来越高，为减少分布电容的影响，相邻铜膜线之间的距离要加大，最小间距应不小于大，最小间距应不小于0.3mm0.3mm。yyyy/M/d422022-8-6三、印刷电路板接地、电源和退耦电容三、印刷电路板接地、电源和退耦电容1 1地线布置地线布置（1 1）在低频电路中，由于布线和器

42、件电感影响小，可以采用单）在低频电路中，由于布线和器件电感影响小，可以采用单点接地法。当信号频率比较大时，地线电感的影响较大，所以点接地法。当信号频率比较大时，地线电感的影响较大，所以宜采用就近接地的多点接地法。对于频带范围较宽的电路，可宜采用就近接地的多点接地法。对于频带范围较宽的电路，可以考虑用混合接地方式。以考虑用混合接地方式。（2 2）数字地线与模拟地线，不同的电源电压、高速电路与低速）数字地线与模拟地线，不同的电源电压、高速电路与低速电路等的地线要分开设置，最后汇总到电源端。电路等的地线要分开设置，最后汇总到电源端。（3 3）地线的宽度应能通过）地线的宽度应能通过3 3倍于印制板上的

43、允许电流，一般以倍于印制板上的允许电流，一般以大于大于3mm3mm为宜。为宜。（4 4）将接地线构成闭环。环形地线可以减少接地电阻，从而减）将接地线构成闭环。环形地线可以减少接地电阻，从而减小接地电位差，这样可以明显提高抗噪声的能力。小接地电位差，这样可以明显提高抗噪声的能力。yyyy/M/d432022-8-62 2电源线设计电源线设计（1 1）根据电流的大小，尽量加宽电源线。）根据电流的大小，尽量加宽电源线。（2 2）电源线、接地线布线的方向要与信号线运行方向一致。）电源线、接地线布线的方向要与信号线运行方向一致。3 3退耦电容的配置退耦电容的配置（1 1）电源输入端配置一个）电源输入端配

44、置一个1010100F100F或者或者100F100F以上的钽电解以上的钽电解电容和一个电容和一个0.010.010.1F0.1F的瓷片小电容，分别用于滤掉低频干扰的瓷片小电容，分别用于滤掉低频干扰和高频干扰。和高频干扰。（2 2）每个集成电路芯片配置一个）每个集成电路芯片配置一个0.01F0.01F的退耦电容，若位置的退耦电容，若位置有限，可以考虑有限，可以考虑4 48 8个集成芯片配置一个。对于个集成芯片配置一个。对于RAMRAM、ROMROM元元件应在电源接地处直接接一个退耦电容。件应在电源接地处直接接一个退耦电容。（3 3）电容引线不能太长，尤其是高频的旁路电容。）电容引线不能太长，尤

45、其是高频的旁路电容。yyyy/M/d442022-8-6第六节第六节 软件抗干扰技术软件抗干扰技术一、指令冗余技术一、指令冗余技术 指令冗余技术主要是为了防止指令冗余技术主要是为了防止CPUCPU受到干扰。受到干扰。所谓指令冗余，就是在所谓指令冗余，就是在编写控制程序过程中，应多采用单字节指令，并在关键的地方有意插入一编写控制程序过程中，应多采用单字节指令，并在关键的地方有意插入一些单字节指令（些单字节指令（NOPNOP）或将有效单字节指令重复书写。）或将有效单字节指令重复书写。二、时间冗余技术二、时间冗余技术1 1指令复执技术指令复执技术2 2程序卷回技术程序卷回技术3 3延时避开法延时避开

46、法 所谓复执，就是程序中的每条指令都是一个重新启动点，一旦发现错误，所谓复执，就是程序中的每条指令都是一个重新启动点，一旦发现错误，就重新执行被错误破坏的现行指令。就重新执行被错误破坏的现行指令。程序卷回不是某一条指令的重复执行，而是一小段程序的重复执行。程序卷回不是某一条指令的重复执行，而是一小段程序的重复执行。当系统要接通或断开大功率负载时，使当系统要接通或断开大功率负载时，使CPUCPU暂停工作，待干扰过去以后暂停工作，待干扰过去以后再恢复工作。再恢复工作。yyyy/M/d452022-8-6三、软件陷阱技术三、软件陷阱技术 软件陷阱是针对程序运行失常的软件抗干扰措施。在非程序区设置陷软

47、件陷阱是针对程序运行失常的软件抗干扰措施。在非程序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初阱，一旦程序飞到非程序区，很快进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初始状态。始状态。具体做法是附加一条引导指令，强行将出错的程序引向一个指定的地具体做法是附加一条引导指令，强行将出错的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果我们把这段程序的入口标记为如果我们把这段程序的入口标记为ERRERR的话，软件陷阱即为一条无条的话，软件陷阱即为一条无条件转移指令。为了加强其捕捉效果，一般还在它前面加两条件转移指令

48、。为了加强其捕捉效果，一般还在它前面加两条NOPNOP指令，因指令，因此真正的软件陷阱由此真正的软件陷阱由3 3条指令构成：条指令构成：NOP NOP NOP NOP JMP ERR JMP ERR软件陷阱安排在以下软件陷阱安排在以下4 4种地方：种地方：（1 1）未使用的中断向量区）未使用的中断向量区 （2 2）未使用的大片）未使用的大片ROMROM空间空间 （3 3）程序中的数据表格区）程序中的数据表格区 （4 4）程序区中一些指令串中间的断裂点处）程序区中一些指令串中间的断裂点处yyyy/M/d462022-8-6四、四、“看门狗看门狗”技术技术 每一个计算机测控系统都有自己的程序运行周

49、期。在初始化时，将每一个计算机测控系统都有自己的程序运行周期。在初始化时，将WatchdogWatchdog定时器的时间常数定为略大于程序的运行周期，并且在程序运行定时器的时间常数定为略大于程序的运行周期，并且在程序运行的每个循环周期内，每次都对定时器重新初始化。如果程序运行失常，跑的每个循环周期内，每次都对定时器重新初始化。如果程序运行失常，跑飞或进入局部死循环，不能按正常循环路线运行，则飞或进入局部死循环，不能按正常循环路线运行，则WatchdogWatchdog定时器得不定时器得不到及时的重新初始化而使定时时间到，引起定时中断，在中断服务程序中到及时的重新初始化而使定时时间到，引起定时中断，在中断服务程序中将系统复位，再次将程序的运行拉入正常的循环轨道。将系统复位，再次将程序的运行拉入正常的循环轨道。yyyy/M/d472022-8-6本章内容结束2022-8-648