《傳感器技術(shù)》課件第10章

第10章傳感器電路的抗干擾技術(shù)10.1傳感器接口電路常見的干擾10.2干擾信號(hào)的傳播途徑10.3硬件電路的抗干擾技術(shù)10.4軟件干擾抑制技術(shù) 10.1傳感器接口電路常見的干擾

10.1.1噪聲與干擾

對(duì)于電子電路中所稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為它是對(duì)有用信號(hào)以外的所有電子信號(hào)的一個(gè)總稱。當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾。在電子學(xué)中常使用“干擾”這個(gè)術(shù)語，干擾被定義為：由外部噪聲和無用電磁波在接收中所造成的騷擾。測(cè)量中來自測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部和外部，影響測(cè)量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正常工作和測(cè)試結(jié)果的各種因素的總和，稱為干擾。而把消除或削弱各種干擾影響的全部技術(shù)措施，總稱為抗干擾技術(shù)。10.1.2常見的干擾

形成干擾的三要素為干擾源、耦合通道和受感器，三要素之間的聯(lián)系如圖10.1.1所示。干擾源是客觀存在的，要有效地抑制干擾，首先要找到干擾發(fā)源地，防患于源處，而傳感器一般用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，干擾有時(shí)是不可避免的，不可能為了測(cè)量電路的可靠運(yùn)行而去清除干擾源，這是不現(xiàn)實(shí)的，這時(shí)只能是適應(yīng)環(huán)境，消弱通道對(duì)于干擾的敏感性和提高受感器的抗干擾能力，抗干擾技術(shù)主要是從干擾進(jìn)入傳感器接口電路的通道上采取抑制措施，根據(jù)干擾傳播通道，干擾主要有：圖10.1.1干擾三要素

1．來自電網(wǎng)的干擾

大多數(shù)電子電路的直流電源都是由電網(wǎng)交流電源經(jīng)濾波、穩(wěn)壓后提供的，如果電源系統(tǒng)沒有經(jīng)過凈化，會(huì)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，同時(shí)，在傳感器測(cè)試系統(tǒng)附近的大型交流電力設(shè)備的啟停將產(chǎn)生頻率很高的浪涌電壓疊加在電網(wǎng)電壓上。此外電感應(yīng)也會(huì)在電網(wǎng)上產(chǎn)生幅值很高的高頻浪涌電壓，如果這些干擾信號(hào)沿著交流電源線進(jìn)入傳感器接口電路內(nèi)部，將會(huì)干擾其正常工作，影響系統(tǒng)的測(cè)試精度。

2．來自地線的干擾

存在于傳感器接口電路內(nèi)，傳感器接口各電路往往共用一個(gè)直流電源或者雖然不共用一個(gè)電源，但不同電源之間共一個(gè)地，因此，當(dāng)各部分電路的電流均流過公共地電阻、地線導(dǎo)體電阻時(shí)便會(huì)產(chǎn)生電壓降，此電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號(hào)。同時(shí)，在遠(yuǎn)距離測(cè)量中，傳感器和檢測(cè)儀表在兩處分別接地，于是在兩地之間就存在較大的接地電位差，在儀表的輸入端易形成共模干擾電壓。

3．來自信號(hào)通道的干擾

通常傳感器設(shè)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，而顯示、記錄等測(cè)量裝置安裝在離現(xiàn)場(chǎng)有一定距離的控制室內(nèi)，這樣需要很長(zhǎng)的信號(hào)傳輸線，信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中很容易受到干擾，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變或失真。

長(zhǎng)線信號(hào)傳輸所遇到的干擾有：周圍空間電磁場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)線的電磁感應(yīng)干擾；信號(hào)線間的串?dāng)_，當(dāng)強(qiáng)信號(hào)線或信號(hào)變化速度很快的線與弱信號(hào)線靠得很近時(shí)，通過線間分布電容和互感產(chǎn)生干擾；長(zhǎng)線信號(hào)的地線干擾，信號(hào)線越長(zhǎng)，則信號(hào)地線也越長(zhǎng)，即地線電阻較大，形成較大的電位差；來自空間電磁輻射的干擾，這種干擾一般不太嚴(yán)重，只要與干擾源保持一定距離或采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?如加屏蔽罩、屏蔽線)基本上可以解決。10.1.3常模干擾和共模干擾

1.常模干擾

常模干擾是使信號(hào)接收器的一個(gè)輸入端的電位相對(duì)另一個(gè)輸入端電位發(fā)生變化。即干擾信號(hào)與有用信號(hào)是疊加在一起的。

常模干擾可用圖10.1.2所示兩種方式表示，圖中es及Rs為有用信號(hào)源及內(nèi)阻，Un表示等效干擾電壓，In表示等效干擾電流，Zn為干擾源等效阻抗，Ri為接收器的輸入電阻。圖10.1.2常模干擾等效電路

(a)串聯(lián)電壓發(fā)生器形式；(b)并聯(lián)電流發(fā)生器形式

2.共模干擾

共模干擾是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)(通常為接地點(diǎn))，在信號(hào)接收器的兩個(gè)輸入端同時(shí)出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為常模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

共模干擾一般用等效電壓源表示，圖10.1.3給出了一般情況下的等效電路。圖中Un表示干擾電壓源，Zcm1、Zcm2

表示干擾源阻抗，Z1、Z2表示信號(hào)傳輸線阻抗，Zs1、Zs2

表示信號(hào)傳輸線對(duì)地漏阻抗。圖10.1.3共模干擾等效電路從圖中可以看出，當(dāng)電路對(duì)稱時(shí)，干擾電壓源不會(huì)對(duì)接收器產(chǎn)生干擾。只有當(dāng)電路不對(duì)稱時(shí)，共模干擾才能轉(zhuǎn)化為常模干擾，對(duì)信號(hào)接收起干擾作用。通常Zcm1、Zcm2比Z1、Z2大得多，因此，共模干擾轉(zhuǎn)化為常模干擾的電壓比率很小。但是共模干擾源的干擾電壓值比信號(hào)源電壓值高得多(信號(hào)源電壓常為毫伏級(jí)，而共模干擾源電壓為數(shù)十伏)，一旦共模干擾轉(zhuǎn)化為常模干擾，這時(shí)的共模干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響就更嚴(yán)重，排除它比較困難。造成共模干擾的原因很多，圖10.1.4給出了幾個(gè)具體的例子。圖10.1.4(a)表示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的金屬保護(hù)套管通過爐體外殼與生產(chǎn)管路接地，而熱電偶的兩條補(bǔ)償導(dǎo)線與顯示儀表外殼沒有短接，但儀表外殼接大地，地電位造成的共模干擾。圖10.1.4(b)表示動(dòng)力電源通過漏電阻對(duì)熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)形成的共模干擾。圖10.1.4(c)表示通過電源變壓器的初級(jí)、次級(jí)間的分布電容耦合形成的共模干擾。圖10.1.4產(chǎn)生共模干擾的典型例子 10.2干擾信號(hào)的傳播途徑

10.2.1直接耦合

電導(dǎo)性耦合最普遍的方式是干擾信號(hào)經(jīng)過導(dǎo)線直接傳導(dǎo)到被干擾電路中而造成對(duì)電路的干擾。在傳感器電路中，干擾噪聲經(jīng)過電源線耦合進(jìn)入傳感器電路是最常見的直接耦合現(xiàn)象。對(duì)這種耦合方式，可采用濾波去耦的方法有效地抑制或防止電磁干擾信號(hào)的傳入。10.2.2公共阻抗耦合

公共阻抗耦合是噪聲源和信號(hào)源具有公共阻抗時(shí)的傳導(dǎo)耦合。公共阻抗隨元件配置和實(shí)際器件的具體情況而定。例如，電源線和接地線的電阻、電感在一定的條件下會(huì)形成公共阻抗；一個(gè)電源電路對(duì)幾個(gè)電路供電時(shí)，如果電源不是內(nèi)阻抗為零的理想電壓源，則其內(nèi)阻抗就成為接受供電的幾個(gè)電路的公共阻抗。只要其中某一電路的電流發(fā)生變化，就會(huì)使其他電路的供電電壓發(fā)生變化，形成公共阻抗耦合。

公共阻抗耦合一般發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，如圖10.2.1所示。常見的公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。圖10.2.1是經(jīng)公共電源或控制設(shè)備工作線路的內(nèi)阻和連線而產(chǎn)生的耦合。這里干擾源的電流流過供電電源電路，這些電流便在電源電路所有阻抗上產(chǎn)生電壓降。這些阻抗的一部分Zc接在接收器電路中，在Zc上的壓降將由接收器接收。阻抗Zc的值與感應(yīng)電壓頻率有關(guān)，低頻時(shí)它基本上等于連接線的電阻和電源濾波器的輸出電容的容抗；在高頻時(shí)，它基本上等于連接導(dǎo)線的感抗和電源濾波器輸出電容的容抗。圖10.2.1經(jīng)供電電源或控制電路的耦合10.2.3電容耦合

電容耦合是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，產(chǎn)生靜電效應(yīng)，使得一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。圖10.2.2是兩個(gè)平行導(dǎo)線之間存在靜電耦合的例子。導(dǎo)線1是干擾源，導(dǎo)線2是檢測(cè)系統(tǒng)的傳輸線，C1、C2分別為導(dǎo)線1、2的對(duì)地寄生電容，C12是導(dǎo)線1和2之間的寄生電容，R為導(dǎo)線2的對(duì)地電阻，根據(jù)電路理論，此時(shí)導(dǎo)線2所產(chǎn)生的對(duì)地干擾電壓即R的電壓為(10.2.1)

一般情況下，有R<<1/ω(C12+C2)，故上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為UN≈jRC12U1..(10.2.2)從上式可以看出，干擾電壓UN與干擾源的電壓U1及角頻率成正比，這表明，高電壓小電流的高頻干擾源主要是通過靜電耦合形成干擾的；干擾電壓UN與C12成正比，同時(shí)也與R成正比，所以，應(yīng)通過合理布線和適當(dāng)防護(hù)措施減小電路間的寄生電容。降低接收電路的輸入阻抗，也可以減小靜電耦合干擾。圖10.2.2靜電電容耦合10.2.4輻射耦合

電磁場(chǎng)輻射也會(huì)造成干擾。當(dāng)高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，在該導(dǎo)體周圍便產(chǎn)生電力線和磁力線，并發(fā)生高頻變化，從而形成一種在空間傳播的電磁波，處于電磁波中的導(dǎo)體便會(huì)感應(yīng)出相應(yīng)頻率的電動(dòng)勢(shì)。10.2.5電磁感應(yīng)耦合

電磁感應(yīng)耦合是由于電路之間存在互感，使一個(gè)電路的電流變化，通過磁交變影響到另一個(gè)電路。圖10.2.3是兩個(gè)電路電磁耦合的示意圖和等效電路，圖中導(dǎo)線1為干擾源，導(dǎo)線2為檢測(cè)系統(tǒng)的一段電路，兩個(gè)導(dǎo)線之間的互感系數(shù)為M。當(dāng)導(dǎo)線1中有電流I1變化時(shí)，根據(jù)電路理論，通過電磁耦合，在導(dǎo)線2產(chǎn)生的干擾電壓Un為..(10.2.3)圖10.2.3電磁耦合

(a)電磁耦合示意圖;(b)電磁耦合等效電路 10.3硬件電路的抗干擾技術(shù)

10.3.1接地技術(shù)

正確接地是檢測(cè)系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的問題。在設(shè)計(jì)中若能把接地和屏蔽正確地結(jié)合，就能很好地消除外界干擾的影響。接地技術(shù)的基本目的是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，以及免受電磁場(chǎng)和地電位差的影響，即不使其形成地環(huán)路。

1．接地種類

所謂接地，就是將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面用低電阻導(dǎo)體連接起來，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電位。大地是一個(gè)很好的電位基準(zhǔn)，圖10.3.1是電氣設(shè)備接大地的示意圖。但這里討論的地不一定是大地。電子電器系統(tǒng)中“地”的準(zhǔn)確含義應(yīng)該是指信號(hào)的基準(zhǔn)電位。檢測(cè)或控制系統(tǒng)中，通過電線連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)母鞑糠种g必須有一個(gè)公共的基準(zhǔn)電位或者說信號(hào)參考點(diǎn)，這一參考點(diǎn)即所謂“地”。信號(hào)地線又可分為以下幾種：圖10.3.1單相三線交流配電原理圖

1)模擬信號(hào)地線

模擬信號(hào)地線是模擬信號(hào)的零電位公共線，因?yàn)槟M信號(hào)有時(shí)較弱，易受干擾，所以對(duì)模擬信號(hào)地線的面積、走向、連接有較高的要求。

2)數(shù)字信號(hào)地線

它是數(shù)字信號(hào)的零電平公共線。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號(hào)的干擾源，為了避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜。

3)信號(hào)源地線

傳感器可看做是測(cè)量裝置的信號(hào)源，通常傳感器設(shè)在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，而測(cè)量裝置設(shè)在離現(xiàn)場(chǎng)一定距離的控制室內(nèi)，從測(cè)量裝置的角度看，可以認(rèn)為傳感器的地線就是信號(hào)源地線，它必須與測(cè)量裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接才能提高整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。

4)負(fù)載地線

負(fù)載的電流一般都較前級(jí)信號(hào)電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級(jí)微弱的信號(hào)，因此負(fù)載地線必須與其他地線分開，有時(shí)兩者在電氣上甚至是絕緣的，信號(hào)通過磁耦合或光耦合來傳輸。

2．一點(diǎn)接地原則

對(duì)于上述四種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時(shí)，也必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個(gè)地方相連，這樣才能消除各地線之間的干擾。

傳感元件與測(cè)量裝置構(gòu)成了一個(gè)完整的傳感器系統(tǒng)，兩者之間可能相距甚遠(yuǎn)，所以這兩個(gè)部分的接大地點(diǎn)之間的電位一般是不相等的，有時(shí)電位差可能高達(dá)幾伏甚至幾十伏，這個(gè)電壓稱為大地電位差。若將傳感元件、測(cè)量裝置的零電位在兩處分別接大地，會(huì)有很大的電流流過信號(hào)傳輸線，在Zi2上產(chǎn)生電壓降，造成干擾，如圖10.3.2(a)所示。為避免這種現(xiàn)象，應(yīng)采取圖10.3.2(b)所示的系統(tǒng)一點(diǎn)接地的方法。大地電位差只能通過分布電容Ci1、Ci2構(gòu)成回路，干擾電流大為減小。若進(jìn)一步采用屏蔽浮置的辦法就能更好地克服大地電位差引起的干擾。圖10.3.2傳感器系統(tǒng)的接地

(a)系統(tǒng)兩點(diǎn)接地；(b)系統(tǒng)一點(diǎn)接地10.3.2屏蔽技術(shù)

1.靜電屏蔽

在靜電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即各點(diǎn)電位相等。靜電屏蔽就是利用了與大地相連接的導(dǎo)電性良好的金屬容器，使其內(nèi)部的電力線不外傳，同時(shí)外部電場(chǎng)也不影響其內(nèi)部。

使用靜電屏蔽技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意屏蔽體必須接地，否則雖然導(dǎo)體內(nèi)無電力線，但導(dǎo)體外仍有電力線，導(dǎo)體仍受到影響，起不到靜電屏蔽的作用。

2.電磁屏蔽

電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生的渦流，再利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)的影響，從而達(dá)到抗高頻電磁場(chǎng)干擾的效果。

電磁屏蔽依靠渦流產(chǎn)生作用，因此必須用良導(dǎo)體如銅、鋁等做屏蔽層?？紤]到高頻趨膚效應(yīng)，高頻渦流僅在屏蔽層表面一層，因此屏蔽層的厚度只需考慮機(jī)械強(qiáng)度。

將電磁屏蔽妥善接地后，其具有電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽兩種功能。

3.低頻磁屏蔽

在低頻磁場(chǎng)中，電渦流作用不太明顯，因此必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便將低頻干擾磁力線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。在干擾嚴(yán)重的地方常使用復(fù)合屏蔽電纜，其最外層是低磁導(dǎo)率、高飽和的鐵磁材料，最里層是銅質(zhì)電磁屏蔽層，以便一步步地消耗掉干擾磁場(chǎng)的能量。在工業(yè)中常用的辦法是將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，以達(dá)到雙重屏蔽的目的。10.3.3光電耦合器隔離技術(shù)

隔離是破壞干擾途徑、切斷噪聲耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾目的的一種技術(shù)措施。常用的電路隔離方法有光電耦合隔離、變壓器隔離等方法。使用光耦合器切斷環(huán)路電流干擾十分有效，其原理如圖10.3.3所示。由于兩個(gè)電路之間采用光束耦合，能把兩個(gè)電路的地電位隔離開，因此兩電路地電位即使不同也不會(huì)造成干擾。光耦合對(duì)數(shù)字電路很適用，但在模擬電路中需應(yīng)用光反饋技術(shù)，以解決光耦合器特性的線性度較差的問題。由于二極管—三極管型耦合器的頻率響應(yīng)范圍不夠?qū)?，因此傳輸頻率較高的脈沖信號(hào)往往選用傳輸頻率響應(yīng)范圍很寬的二極管—二極管型光耦合器。圖10.3.3光電耦合隔離器

10.3.4濾波技術(shù)

1.交流電源進(jìn)線的對(duì)稱濾波

為防止交流電源的噪聲通過電源線進(jìn)入電測(cè)儀器內(nèi)，在交流電源進(jìn)線間接入一個(gè)防干擾濾波器，如圖10.3.4和圖10.3.5所示，使交流電先通過濾波器，濾去電源中的噪聲后再輸入儀器中。圖10.3.4所示的高頻干擾電壓濾波器用于抑制中頻帶的噪聲干擾，而圖10.3.5所示的濾波電路用于抑制電源波形失真而含有較多高次諧波的干擾。圖10.3.4高頻干擾電壓濾波電路圖圖10.3.5低頻干擾電壓濾波電路

2.直流電源輸出的濾波器

直流電源往往是幾個(gè)電路公用的。為削弱公共電源在電路間形成的噪聲耦合，對(duì)直流電源還需加裝濾波器。圖10.3.6是濾除電源高、低頻成分的濾波器。圖10.3.6高、低頻干擾電壓濾波器

3.去耦濾波器

當(dāng)一個(gè)直流電源同時(shí)為幾個(gè)電路供電時(shí)，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，可在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地之間加π型RC或LC濾波器。對(duì)于一臺(tái)多級(jí)放大器，各放大器之間會(huì)通過電源的內(nèi)阻產(chǎn)生耦合干擾，故多級(jí)放大器各級(jí)供電必須加RC去耦濾波器。10.3.5印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)

電路板是檢測(cè)系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線高密度集合體，對(duì)抗干擾性能影響很大，如果電路板設(shè)計(jì)、布線及接地不妥，可能使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，主要應(yīng)從以下幾方面加以考慮：

1．印制電路板

大小要適中。過大時(shí)，印刷線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也高；過小，散熱不好，且易受干擾。盡量使用多層印制板，保證良好的接地網(wǎng)，減少地電位差。

2．器件布置

干擾源和易受干擾的元件應(yīng)盡量分開；非輻射元件或單級(jí)元件應(yīng)該盡量靠近，以減小公共地阻抗；低頻模擬電路和數(shù)字邏輯電路應(yīng)盡可能分開；發(fā)熱量大的器件應(yīng)考慮散熱問題；I/O驅(qū)動(dòng)器件盡量靠近印制板邊上放置；閑置的IC管腳不要懸空，元器件管腳避免相互平行，以減少寄生耦合。如有可能，盡量使用貼片元件。

3．布線

布線時(shí)，高速電路應(yīng)占據(jù)最小回路面積和最短的引線，電路之間的連接應(yīng)盡量短，容易受干擾的信號(hào)線要重點(diǎn)保護(hù)，不能與能夠產(chǎn)生干擾或傳遞干擾的線路長(zhǎng)距離平行，交流和直流電路要分開，對(duì)雙面布線的印制電路板，應(yīng)使兩面線條垂直交叉，以減少磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

4．接地

交流地與信號(hào)地不能共用，以減少電源對(duì)信號(hào)的干擾；數(shù)字地與模擬地分開設(shè)計(jì)，在電源端兩種地線相連；對(duì)于多級(jí)電路，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各級(jí)動(dòng)態(tài)電流，注意接地阻抗相互耦合的影響，地線和電源線的距離應(yīng)大于1mm，地線盡量粗些，但是不能太粗，否則寄生電容太大；如果頻率小于1MHz，可采用單點(diǎn)接地；當(dāng)頻率在1～10MHz時(shí)，如果地線長(zhǎng)度小于λ/20，則可采用單點(diǎn)接地，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地；當(dāng)頻率高于10MHz時(shí)，應(yīng)采用多點(diǎn)接地；當(dāng)電路板上需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，或者向兩個(gè)方向各轉(zhuǎn)45°，或者以圓弧連接；如果是多層板，所有元件與連接器都應(yīng)安裝在接地平面內(nèi)，即接地平面應(yīng)環(huán)繞每一個(gè)焊點(diǎn)和過孔的周長(zhǎng)。電源和地的布局，應(yīng)減小耦合回路以及電源和地間的分布阻抗。對(duì)于多個(gè)集成電路芯片的電路，通常采用如圖10.3.7所示的供電方式，而應(yīng)避免如圖10.3.8的供電方式。圖10.3.7正確的布線方式圖10.3.8不正確的布線方式

5．去耦電容

加去耦電容是印制電路板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法。在電源輸入端跨接10～100μF的電解電容或鉭電容，在每個(gè)集成電路芯片上安裝一個(gè)0.01μF的陶瓷電容器。 10.4軟件干擾抑制技術(shù)

10.4.1數(shù)字濾波

數(shù)字濾波具有很多硬件濾波器沒有的優(yōu)點(diǎn)。它是由軟件算法實(shí)現(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)備，只要在程序進(jìn)入控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波的程序。各個(gè)通道可以共用一個(gè)數(shù)字濾波器，而不像硬件濾波器那樣存在阻抗匹配問題。它使用靈活，只要改變?yōu)V波程序或運(yùn)算參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)不同的濾波效果，很容易解決較低頻信號(hào)的濾波問題。常用的數(shù)字濾波方法有算術(shù)平均值法、中位值法和抑制脈沖算術(shù)平均法(復(fù)合濾波法)。

1. 算術(shù)平均值法

算術(shù)平均值法是對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)采樣N次，然后取其平均值，其算術(shù)表達(dá)式為(10.4.1)式中，y為N次測(cè)量的平均值；xk為第k次測(cè)量值；N為測(cè)量次數(shù)。算術(shù)平均值法是用的最多和最簡(jiǎn)單的方法，對(duì)周期性波動(dòng)的信號(hào)有良好的平滑作用，其平滑濾波程度完全取決于N。當(dāng)N較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果y的影響?。划?dāng)N較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況選取N，如對(duì)一般流量測(cè)量，可取N＝8~16；對(duì)壓力測(cè)量可取N＝4。

2. 中位值法

中位值濾波法是對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次(一般取n為奇數(shù))，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。中位值濾波能有效地克服偶然因素引起的波動(dòng)和脈沖干擾。對(duì)溫度、液位等緩慢變化的被測(cè)參數(shù)采用此法，能收到良好的濾波效果；但對(duì)于流量、壓力等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波。圖10.4.1是對(duì)某點(diǎn)連續(xù)采樣三次中位值法的程序流程圖。圖10.4.1中位值法程序流程圖

3. 抑制脈沖算術(shù)平均法

由以上的討論分析可知，算術(shù)平均值對(duì)周期性波動(dòng)信號(hào)有良好的平滑作用，但對(duì)脈沖干擾的抑制能力較差；而中位值法有良好的去脈沖干擾能力，然而，由于它又受各采樣點(diǎn)連續(xù)采樣次數(shù)的限制，阻礙了其性能的提高，因此，在實(shí)際應(yīng)用中往往把前面介紹的兩種方法結(jié)合起來使用，形成復(fù)合濾波算法，其特點(diǎn)是先用中位值法濾掉采樣值中的脈沖干擾，然后把剩下的各采樣值進(jìn)行平滑濾波。

由于這種濾波方法兼容了算術(shù)平均值法和中位值法的優(yōu)點(diǎn)，因此無論是對(duì)緩慢變化的過程信號(hào)還是對(duì)快速變化的過程信號(hào)，都能起到很好的濾波效果。10.4.2冗余技術(shù)

當(dāng)干擾信號(hào)通過某種途徑作用到CPU上時(shí)，使CPU不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂，這就是所說的程序“跑飛”。程序“跑飛”后，使其恢復(fù)正常的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法是通過人工復(fù)位，使CPU重新執(zhí)行程序。采用這種方法雖然簡(jiǎn)單，但需要人的參與，而且復(fù)位不及時(shí)。人工復(fù)位一般是在整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)癱瘓，無計(jì)可施的情況下才不得已而為之的，因此，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到萬一程序“跑飛”，應(yīng)讓其能夠自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)下運(yùn)行，冗余技術(shù)就是經(jīng)常用到的方法，它包括指令的冗余設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)程序的冗余設(shè)計(jì)。所謂“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令NOP，當(dāng)程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上時(shí)，就不會(huì)發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)成指令來執(zhí)行的錯(cuò)誤。例如，MCS－51系列單片機(jī)所有的指令都不會(huì)超過3個(gè)字節(jié)。因此，在某條指令前面插入兩條NOP指令，則該條指令就不會(huì)被前面沖下來的失控程序拆散，而會(huì)得到完整的執(zhí)行，從而使程序重新納入正常軌道。應(yīng)該注意的是：在一個(gè)程序中，“指令冗余”不能使用過多，否則會(huì)降低程序的執(zhí)行效率。數(shù)據(jù)和程序的冗余設(shè)計(jì)的基本方法是在EPROM的空白區(qū)域，再寫入一些重要的數(shù)據(jù)表和程序作為備份，以便系統(tǒng)程序被破壞時(shí)，仍有備份參數(shù)和程序維持系統(tǒng)的正常工作。10.4.3攔截技術(shù)

1.軟件陷阱的設(shè)計(jì)

當(dāng)“跑飛”程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通過軟件陷阱，攔截“跑飛”程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。

軟件陷阱是指用來將捕獲的“跑飛”程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令，通常在EPROM中的非程序區(qū)填入以下指令作為