第六章 抗干擾技術(shù)

第六章系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

16.1概述

6.1.1干擾的定義

干擾是指對(duì)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(jī)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(dòng)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(hào)無關(guān)的，并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。2

6.1.2形成干擾的三個(gè)要素

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

2、傳播途徑 傳播途徑是指干擾信號(hào)的傳播路徑。

3、接收載體 接收載體是指受影響的器件、設(shè)備或系統(tǒng)，其吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)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(dǎo)方式：干擾信號(hào)通過各種線路傳入。

（2）輻射方式：干擾信號(hào)通過空間感應(yīng)傳入。

所以，從接收器的角度看，耦合分為兩類：傳導(dǎo)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(dǎo)線等耦合至接收器；后者則通過空間以電磁場(chǎng)形式耦合。46.2干擾的抑制與防護(hù)

名詞解釋：

電磁兼容性設(shè)計(jì)——在設(shè)計(jì)中，考慮所設(shè)計(jì)的設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定的工作場(chǎng)所運(yùn)行時(shí)，既不受周圍的電磁干擾的影響，又不對(duì)周圍的設(shè)備施加干擾，這種設(shè)計(jì)方法稱之。

56.2.1屏蔽屏蔽是指利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場(chǎng)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(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)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(hào)在傳輸過程中受到電磁干擾，在電纜線中設(shè)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(qiáng)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(jìn)行信號(hào)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(duì)于交流信號(hào)的傳輸，一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)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(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)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(diǎn)僅有機(jī)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(hào)，而利用其觸點(diǎn)控制和傳輸電信號(hào)，從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離，如圖6-9所示。同時(shí)，繼電器觸點(diǎn)較多，且其觸點(diǎn)能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)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(dǎo)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(hào)的頻譜寬得多，因而當(dāng)接收器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)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(jì)算機(jī)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(hào)被衰減，只有50Hz的工頻信號(hào)通過濾波器到達(dá)電源變壓器，保證正常供電。13

圖6-11(a)所示為觸點(diǎn)抖動(dòng)抑制電路，對(duì)抑制各類觸點(diǎn)或開關(guān)在閉合或斷開瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)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(hào)抑制電路，主要用于抑制電感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢(shì)。這種阻容吸收電路可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量儲(chǔ)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(hào)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(hào)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(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（或面）實(shí)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(shí)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(gè)基準(zhǔn)電位，或?yàn)榱艘种聘蓴_，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(diǎn)，如電源的某個(gè)極。

接地是電磁兼容性設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。

15圖6-13并聯(lián)一點(diǎn)接地

1、單點(diǎn)接地圖6-13所示是并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。這種方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是需要連很多根地線，用起來比較麻煩。16

2、多點(diǎn)接地單點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)。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(huì)增加干擾，因此常用多點(diǎn)接地。如圖6-14所示，各接地點(diǎn)就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。圖6-14多點(diǎn)接地17

3、地線的設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(tái)數(shù)控機(jī)床的接地方法。圖6-15數(shù)控機(jī)床的接地方法。186.2.5軟件抗干擾設(shè)計(jì)

1、軟件濾波用軟件來識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)并濾除干擾信號(hào)。可采用各種有針對(duì)性的軟件濾波方法，如程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)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(yùn)行來看，瞬時(shí)電磁干擾可能會(huì)使CPU偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)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(dǎo)思想是，把系統(tǒng)存儲(chǔ)器（RAM和ROM）中沒有使用的單元用某一種重新啟動(dòng)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(jī)普遍采用的一種軟件抗干擾措施。WATCHDOG實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可由CPU復(fù)位的定時(shí)器，當(dāng)侵入的干擾使計(jì)算機(jī)程序“掉飛”時(shí)，WATCHDOG能夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。216.2.5其它的