1、,11.1 数据采集系统中常见的干扰,11.2 供电系统的抗干扰,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,第11章 数据采集系统的抗干扰技术,11.4 接地问题,11.5 总线连接时的抗干扰措施,11.1 数据采集系统中常见的干扰,干扰：内部或外部噪声对有用信号的不良作用,常见干扰分类,从干扰的来源划分,从干扰的出现的规律划分,从干扰的产生和传播方式划分,从干扰与输入信号的关系划分,1.从干扰的来源划分,(1)内部干扰 指系统内部电子电路所产生的各种干扰。 比如：电阻热噪声、放大电路正反馈引起的自激振荡等(2)外部干扰 指由外界传入到系统内的各种干扰。 比如：接触点所产生的放电、自然界的闪电等,参
2、考： 依据干扰源分类,自然干扰,人为干扰,功能性干扰,非功能性干扰,11.1 数据采集系统中常见的干扰,2.按干扰出现的规律划分,(1)固定干扰 指系统附近固定的电气设备运行时发出的干扰。 比如：邻近的“强电”设备的启停有可能引入一个固定的干扰(2)半固定干扰 指某些偶然使用的电气设备引起的干扰。(3)随机干扰 指偶发性的干扰。,11.1 数据采集系统中常见的干扰,3.按干扰产生和传播的方式划分,(1)静电干扰 指电场通过电容耦合的干扰。(2)磁场耦合干扰 指通过传输线和磁场耦合串入到有效信号中的干扰。(3)电磁辐射干扰 指高频工作装置所产生的高频电磁波所产生的干扰。(4)电导通路耦合干扰 指
3、构成电回路的各单元之间的公共阻抗产生的干扰。(5)漏电耦合干扰 指由于仪器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。,11.1 数据采集系统中常见的干扰,静电耦合,互感耦合,公共阻抗耦合,漏电流耦合,11.1 数据采集系统中常见的干扰,4.按干扰输入信号的关系划分,(1)串模（差模）干扰 指干扰信号与被测信号串联在一起，形成对结果产生影响的干扰。(2)共模干扰 指在信号地和仪器地（大地）之间产生的干扰。,产生共模干扰的原因： 附近有大功率的电气设备。 电源绝缘不良引起漏电，存在较大的对地电流和电位 漏电阻、寄生电容等对地构成的回路形成干扰,11.1 数据采集系统中常见的干扰,1
4、1.1 数据采集系统中常见的干扰,两个与电磁干扰相关的概念：电磁敏感度（EMS）：指在存在电磁干扰的情况下电子设备等性能下降的容易程度。电磁兼容性（EMC）：指设备所产生的电磁能量即不对其他设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。,11.1 数据采集系统中常见的干扰,形成干扰的三大基本要素：干扰源：产生干扰的元件、设备或信号。 用数学语言可描述为“du/dt或者di/dt大的地方就是干扰源”。传播途径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。 典型的干扰传播路径有导线传导（传导干扰）和空间辐射（辐射干扰）。敏感器件：指容易被干扰的对象。 常见的敏感器件有A/D转换器、D/A转换器、
5、弱信号放大器等。,11.2 供电系统的抗干扰,形成供电系统的干扰的原因供电电压的不稳定,解决措施,1.采用隔离变压器,2.采用电源低通滤波器,3.采用交流稳压器,4.系统分别供电,5.采用电源模块单独供电,11.2 供电系统的抗干扰,1.采用隔离变压器,电网与数据采集系统分别有各自的地线。在应用中，如果直接把数据采集系统与电网相连，两者的地线之间就存在了地电位差Ucm。当此电压存在时，就会形成环路电流，造成共模干扰。,加入隔离变压器，使电网地线的干扰不能进入系统，从而保证数据采集系统饿可靠工作。,11.2 供电系统的抗干扰,2.采用电源低通滤波器,电网中存在的干扰大部分是高次谐波，因此采用低通
6、滤波器来滤除大于50Hz的高次谐波，以改善电源的波形。,由电容和电感组成的滤波网络，能滤除电网噪声。,使用低通滤波器的注意事项： 低通滤波器本身应评比，而且屏蔽盒与系统的机壳要保持良好的接触； 为减少耦合，所有导线要靠近地面走线； 低通滤波器的输入与输出要进行隔离； 低通滤波器的位置应尽量靠近需要滤波的地方，其间的连线也要进行屏蔽。,11.2 供电系统的抗干扰,3.采用交流稳压器,用来保证交流供电的稳定性，防止交流电源的过压或欠压。,4.系统分别供电,为了阻止从供电系统串入的干扰，一般采用下图所示的供电线路。,11.2 供电系统的抗干扰,5.采用电源模块单独供电,广泛采用DC-DC电源电路模块
7、组成稳压电源单独供电。,优点： 灵活性好； 有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源的相互耦合，提高了供电系统的可靠性； 总线上电压的变化，不会传递到数据采集卡上，有利于提高数据采集卡的工作可靠性。,6.供电系统馈线的合理布线,电源的引入线、输出线和公共线在布线时考虑： 电源前面的一段布线：馈线要尽量用粗导线。 电源后面的一段布线：采用双绞线及有关线的分开布线。 电路的公共线：尽量避免出现公共线，确实需要，必须把公共线加粗以降低阻抗。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,解决措施,1.采用隔离技术隔离干扰,2.采用滤波器滤除干扰,3.采用浮置措施抑制干扰,4.长传输线的抗干扰措施,5.A/D转换
8、器的抗干扰措施,6.印刷电路板的抗干扰措施,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,11.3.1 采用隔离技术隔离干扰,隔离干扰就是指把电路上干扰源和敏感电路隔离开，使他们之间不存在电的联系，或者削弱他们之间电的联系。 主要包括了光电隔离、电磁隔离等技术。 1 光电隔离,用于系统与外界的隔离 用于系统电路之间的隔离,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,2 电磁隔离,在传感器和采集电路之间加入一个隔离放大器，利用隔离放大器的电磁耦合作用，将外界的模拟信号与系统进行隔离传送。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,11.3.2 采用滤波器滤除干扰,滤波是一种只允许某一频带信号通过的抑制干扰措施之一，特别
9、适合于抑制经导线传导耦合到电路中的噪声干扰。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,11.3.3 采用浮置措施抑制干扰,浮置又称浮空、浮接，是指数据采集电路的模拟信号地不接机壳或大地。对于被浮置的数据采集系统，数据采集电路与机壳或大地之间无直流联系。 浮置的目的是为了阻断干扰电流的通路,11.3.4 长线传输抗干扰措施,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,长线传输的使用,屏蔽线的使用同轴电缆的使用双绞线的使用扁平带状电缆的使用,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,1.A/D转换器的抗干扰措施（1）抗串模干扰的措施（2）抗共模干扰的措施2.A/D转换器的位置确定,11.3.5 A/D转换器的抗干扰
10、,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,（1）抗串模干扰的措施在串模干扰严重的场合，可以用积分式或双斜积分式A/D转换器。（原因：转换的平均值）对于高频干扰，可以采用低通滤波器加以滤波再转换；而对于低频干扰，可以采用同步采样的方式加以消除。尽量把A/D转换器直接附在传感器上以减小传输线带入的误差。当传感器和A/D转换器离的比较远的情况下，容易引起的干扰解决办法就是：用电流来代替电压传输。,1.A/D转换器的抗干扰措施,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,（2）抗共模干扰的措施采用三线采样双层屏蔽浮置技术。采用隔离技术。采用电容记忆法。利用屏蔽法来改善高频共模抑制比。,1.A/D转换器的抗干扰措施
11、,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,2.A/D转换器的位置确定,靠近微型计算机放置。好处：便于将A/D转换器产生的并行数字化信息传送到微型计算机中，而且有利于微型计算机对A/D的控制。缺点：模拟信号的传送线路太长。靠近采集现场放置。优点：模拟信号传送线不长，降低分布参数以及干扰的影响，保证了转换精度。传送数字信号，抗干扰能力强。缺点：传输线过多或传输速度慢，控制不方便。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,1. 合理布置印刷电路板上的器件 2. 合理分配印刷电路板插脚3. 印刷电路板合理布线4. 电源线和接地线的布置5. 印刷电路板的屏蔽6. 去耦电容器的配置7. 数字电路的抗干扰措施,11
12、.3.6 印刷电路板及电路的抗干扰设计措施,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,1. 合理布置印刷电路板上的器件 总体原则：器件之间电气干扰小和易于散热干扰考虑： 按照器件功率的大小及抗干扰能力的强弱分类集中布置。 各类不同抗干扰能力的器件间尽可能远离。 每一类器件又可以按照相应规则再进一步分类布置。散热考虑： 对发热元器件要考虑通风散热，必要时安装散热器。 发热元件要分散布置，不能集中。 对热敏感元器件要远离发热元器件或进行热屏蔽。,2. 合理分配印刷电路板插脚 为了减小强信号输出线对弱信号输入线的干扰，多将输入、输出线分置于印刷板的两册，使两者相互远离。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰
13、,3. 印刷电路板合理布线印刷板是一个平面，不能交叉配线。（解决办法元器件跨接） 配线不要做成环路，特别是不要沿印刷板周围做成环路。 不要有长段的窄条并行，不得已并行时中间设置隔离用窄条。 旁路电容器的引线不能太长，尤其是存在高频旁路电容器时。 地线设置很重要，地线面积通常要选取大些，但不能随意扩大地线面积，避免增大电路与地线之间的寄生电容。 单元电路的输入线和输出线，应当用地线隔开。 信号线劲可能短，优先考虑小信号线，采用双面走线，使线间间距尽可能宽些。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,4. 电源线的布置电源线、地线的走线应尽量与数据传输的方向一致，且应尽量加大其宽度，这都有助于提高印刷
14、电路板的抗干扰能力。,6. 印刷电路板的屏蔽（1）屏蔽线。 （2）屏蔽环。,7. 去耦电容器的配置在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容，是避免各个集成电路工作时对其他集成电路所产生干扰的一种常规措施。 （1）在电源输入端跨接10100uF 的的电容器。 （2）原则上每个集成电路芯片都应配置一个0.01uF 的陶瓷电容器。 （3）对于抗干扰能力弱，关断电流变化的器件和ROM、RAM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入去耦电容器。,11.3 模拟信号输入通道的抗干扰,8. 数字电路的抗干扰措施（1）采用积分电路抑制干扰。基本原理（2）采用脉冲隔离门抑制干扰。基本原理（3）采用消波器抑制干
15、扰。基本原理,11.4 接地问题,接地问题,11.4.1 地线类型,11.4.2 接地问题的处理,11.4 接地问题,11.4.1 地线类型,1 信号地 信号地分为模拟信号地、数字信号地和信号源地。 2 功率地 大电流网络部件的零电位。 3 屏蔽地 机壳地，是为防止静电感应和电磁感应而设计的。 4 交流地 交流50Hz电源的地线。 5 直流地 直流电源的地线。,11.4 接地问题,11.4.2 接地问题的处理,1 一点接地原则串联一点接地并联一点接地,11.4 接地问题,11.4.2 接地问题的处理,2 多点接地原则,3 不同性质接地原则 在弱信号模拟电路、数字电路和大功率驱动电路混杂的场合应注意：强信号地线与弱信号地线应分开，模拟地与数字地应分开，高电平数字地与低电平信号地应分开，各个子系统的地只在电源供电处才相接于一点。,4 接地线应尽量加粗原则,
