第六章 抗干擾技術

第六章系統(tǒng)抗干擾技術

16.1概述

6.1.1干擾的定義

干擾是指對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。從廣義上講，機電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動干擾等等。

電磁干擾（ElectromagneticInterference，EMI）是指在工作過程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號無關的，并且對系統(tǒng)性能或信號傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。2

6.1.2形成干擾的三個要素

1、干擾源 產(chǎn)生干擾信號的設備被稱為干擾源，如變壓器、繼電器、微波設備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁場。

2、傳播途徑 傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。

3、接收載體 接收載體是指受影響的器件、設備或系統(tǒng)，其吸收了干擾信號，并轉化為對其工作造成影響的電氣參數(shù)。

36.1.3干擾的傳播方式（1）傳導方式：干擾信號通過各種線路傳入。

（2）輻射方式：干擾信號通過空間感應傳入。

所以，從接收器的角度看，耦合分為兩類：傳導耦合和輻射耦合。前者指電磁能量以電壓V或電流I的形式通過金屬導線等耦合至接收器；后者則通過空間以電磁場形式耦合。46.2干擾的抑制與防護

名詞解釋：

電磁兼容性設計——在設計中，考慮所設計的設備或系統(tǒng)在預定的工作場所運行時，既不受周圍的電磁干擾的影響，又不對周圍的設備施加干擾，這種設計方法稱之。

56.2.1屏蔽屏蔽是指利用導電或導磁材料制成的盒狀或殼狀屏蔽體，將干擾源或干擾對象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質不同，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

6圖6-4變壓器的屏蔽如圖6-4所示的變壓器，在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。7圖6-5同軸電纜示意圖在如圖6-5所示的同軸電纜中，為防止信號在傳輸過程中受到電磁干擾，在電纜線中設置了屏蔽層。8

6.2.2隔離目的：不發(fā)生電的聯(lián)系，切斷干擾的耦合通道。

常將強電部分與弱電部分、交流與直流部分隔離，此外還有以下幾種隔離方法。

1、光電隔離光電隔離是以光作為媒介在隔離的兩端之間進行信號傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。圖6-6所示為一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。圖6-6光電隔離原理910

2、變壓器隔離對于交流信號的傳輸，一般使用變壓器隔離干擾信號的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度，如圖6-7所示的變壓器耦合隔離電路。圖6-7變壓器隔離原理11

3、繼電器隔離繼電器線圈和觸點僅有機械上的聯(lián)系，而沒有直接的電的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接收電信號，而利用其觸點控制和傳輸電信號，從而可實現(xiàn)強電和弱電的隔離，如圖6-9所示。同時，繼電器觸點較多，且其觸點能承受較大的負載電流，因此應用非常廣泛。圖6-9繼電器126.2.3濾波

濾波是抑制干擾傳導的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因而當接收器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。圖6-10低通濾波器圖6-10所示為計算機電源采用的一種LC低通濾波器的接線圖。含有瞬間高頻干擾的220V工頻電源通過截止頻率為50Hz的濾波器，其高頻信號被衰減，只有50Hz的工頻信號通過濾波器到達電源變壓器，保證正常供電。13

圖6-11(a)所示為觸點抖動抑制電路，對抑制各類觸點或開關在閉合或斷開瞬間因觸點抖動所引起的干擾是十分有效的。圖6-11(b)所示電路是交流信號抑制電路，主要用于抑制電感性負載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢。這種阻容吸收電路可以將電感線圈的磁場釋放出來的能量轉化為電容器電場的能量儲存起來，以降低能量的消散速度。圖6-11(c)所示電路是輸入信號的阻容濾波電路，類似的這種線路既可作為直流電源的輸入濾波器，也可作為模擬電路輸入信號的阻容濾波器。圖6-11干擾濾波電路14

6.2.4正確接地

定義：將電路、設備機殼等與作為零電位的一個公共參考點（或面）實現(xiàn)低阻抗的連接，稱之為接地。

目的：（1）為了安全，防止漏電時造成觸電，稱為安全接地，通常為大地。

（2）為了給系統(tǒng)提供一個基準電位，或為了抑制干擾，如屏蔽接地等，稱為工作接地?？梢允谴蟮?，也可以是系統(tǒng)中其它電位參考點，如電源的某個極。

接地是電磁兼容性設計的一個重要內(nèi)容。

15圖6-13并聯(lián)一點接地

1、單點接地圖6-13所示是并聯(lián)一點接地方式。這種方式在低頻時是最適用的，因為各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關，不會因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點是需要連很多根地線，用起來比較麻煩。16

2、多點接地單點接地所需地線較多，一般適用于低頻信號。若電路工作頻率較高，電感分量較大，各地線間的互感耦合會增加干擾，因此常用多點接地。如圖6-14所示，各接地點就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構件上。圖6-14多點接地17

3、地線的設計機電一體化系統(tǒng)設計時要綜合考慮各種地線的布局和接地方法。圖6-15所示是一臺數(shù)控機床的接地方法。圖6-15數(shù)控機床的接地方法。186.2.5軟件抗干擾設計

1、軟件濾波用軟件來識別有用信號和干擾信號并濾除干擾信號。可采用各種有針對性的軟件濾波方法，如程序判斷濾波法、中值濾波法、算術平均濾波法、防脈沖干擾平均值濾波法等。19

2、軟件“陷阱”從軟件的運行來看，瞬時電磁干擾可能會使CPU偏離預定的程序指針，進入未使用的RAM區(qū)和ROM區(qū)，引起一些莫名其妙的現(xiàn)象，其中死循環(huán)和程序“飛掉”是常見的。為了有效地排除這種干擾故障，常采用軟件“陷阱”法。這種方法的基本指導思想是，把系統(tǒng)存儲器（RAM和ROM）中沒有使用的單元用某一種重新啟動的代碼指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序。20

3、軟件“看門狗”“看門狗”（WATCHDOG）是工業(yè)控制機普遍采用的一種軟件抗干擾措施。WATCHDOG實質上是一個可由CPU復位的定時器，當侵入的干擾使計算機程序“掉飛”時，WATCHDOG能夠幫助系統(tǒng)自動恢復正常運行。216.2.5其它的