测控电子技术第八章 抗干扰

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1、第八章电磁兼容性设计第八章电磁兼容性设计EMCEMC（Electro Magnetic CompatibilityElectro Magnetic Compatibility）：指设备或系统在其电磁环境中符合要求）：指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰电磁干扰的能力。的能力。EMCEMC的要求：的要求： 设备在正常运行过程中设备在正常运行过程中对所在环境对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；产生的电磁干扰不能超过一定的限值； 设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。设备对所

2、在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)：指任何在传导骚扰或辐射电磁场中伴随着电压、电流的作用会降低某个装置、设备或系统的性能，或可能对生物或物质产生不良影响之电磁现象。电磁抗扰度(Electromagnetic Suseceptibility,EMS)：指处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，承受相应标准、相应规定范围内的电磁干扰的能力。电磁免疫力。EMI就是电子产品工作会对周边的其他电子产品造成干扰。就是电子产品工作会对周边的其他电子产品造成干扰。在设计阶段考虑电磁兼容性问题在设计阶段考虑电磁

3、兼容性问题, ,效果好、投入少。效果好、投入少。电磁兼容性设计为测控系统设计的重要内容电磁兼容性设计为测控系统设计的重要内容。8.1 电磁兼容三要素1.电磁兼容三要素 电磁兼容不等式： 干扰发送量耦合因素 干扰敏感阈抑制电磁场干扰措施： 抑制干扰源或直接消除干扰原; 切断干扰传播途径; 提高受扰设备自身的抗电磁干扰能力，降低其对干扰的敏感度。 干扰源： 产生干扰的电路或设备: 受扰设备： 感受电磁干扰的电路或设备; 传播路径： 电磁干扰传播到受扰设备的途径(耦合与辐射)。2.电磁兼容不等式噪声入口有足够裕量，则该电子设备达到抗干扰要求。设备不受其干扰而仍可正常工作。评价电子设备的抗干扰性能8.

4、2 8.2 干扰源及耦台途径干扰源及耦台途径干扰源：能产生一定的电磁能量而影响周围设备正常工作的物体或设备。干扰源：能产生一定的电磁能量而影响周围设备正常工作的物体或设备。l)内部噪声 电阻的热噪声PN结的散弹噪声、1/f噪声爆裂噪声高速传输的数字信号产生的高频辐射2)外来干扰自然噪声人为噪声自然界的宇宙射线太阳辐射太阳黑子产生的周期性电扰动雷电产生的噪声触点电器、放电管、工业用高频设备、机动车点火装置、无线通信设各、大功率发射装置、超声波设备等及电力线产生的噪声。8.2 8.2 干扰源及耦台途径干扰源及耦台途径3)电磁干扰的根源 电压/电流产生不必要的变化。传导干扰：通过电缆(电源线或信号线

5、)直接传递给其他设备造成危害；辐射干扰：当由于电压/电流变化产生的电磁波通过空间传播的其他设备中,在其导线或电路上产生不必要的电压/电流,并造成危害的干扰当设备和导线的长度比波长短时,主要是传导干扰；当它们的尺寸比波长长时,主要是辐射干扰。低频低频高频高频2.干扰的耦合方式l)传导耦合 经导线传播把干扰引入测控系统,称为传导耦合。 长的信号线拾取附近的设备或空间电磁场的干扰波。长的信号线拾取附近的设备或空间电磁场的干扰波。 电源耦合（传导耦合的一种）：在直流电源上叠加有各种噪声，直接传导至检测电源耦合（传导耦合的一种）：在直流电源上叠加有各种噪声，直接传导至检测电路电路, ,构成干扰。构成干扰

6、。 例如例如, ,电源纹波电源纹波, ,尖峰、工频及谐波分量等。尖峰、工频及谐波分量等。 直流电源的输出阻抗及连接导线的阻抗不为零直流电源的输出阻抗及连接导线的阻抗不为零, ,电路的工作电流变化会导致电源电电路的工作电流变化会导致电源电压的波动压的波动, ,这种波动等效为电源电压的纹波。这种波动等效为电源电压的纹波。 交流供电线路的大功率负载干扰波动，通过电网可以传播到测控系统通过电网可以传播到测控系统。 如电动机、高频炉等启动、故障过渡过程、三相不同时投入等三相不同时投入等 。交流电源线测控系统中的长线 途径：2)近场感应耦合 带电的元件、导线、结构件等形成的电磁场，对附近的电路回路形成干扰

7、。(1)电场耦合（电容性耦合） 一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使相邻导体上的电位受到影响。 途径：电路之间的分布电容。 电路模型：受扰电路在c、d点间所感受到的干扰信号：图8.2.1 电容性耦合模型C：干扰源和受扰电路间存在的等效寄生电容假设受扰电路为放大器：（2）电感性耦合）电感性耦合 电路模型：电路模型：图5.1.2 电感性耦合模型受扰电路在受扰电路在c、d点间所感受到的干扰信号：点间所感受到的干扰信号：I1：干扰源电路在：干扰源电路在a、b点间的电流源点间的电流源Z2：受扰电路在：受扰电路在c、d点间的等效输入阻抗点间的等效输入阻抗M：干扰源电路和受扰电路间的等效互感：干扰源电路

8、和受扰电路间的等效互感l V2随随I1、M 和干扰信号的频率和干扰信号的频率的增加而增大。的增加而增大。感应电压感应电压磁通随时间变化磁通随时间变化抑制磁场耦合干扰的方法：抑制磁场耦合干扰的方法： 尽量减少信号线与干扰源之间的互感。尽量减少信号线与干扰源之间的互感。 信号传输使用双绞线。信号传输使用双绞线。 限制干扰噪声的斜率。限制干扰噪声的斜率。 采用铁磁材料屏蔽。采用铁磁材料屏蔽。（3 3）公共阻抗耦合）公共阻抗耦合 是由电路间的公共阻抗造成的。是由电路间的公共阻抗造成的。简化电路模型：简化电路模型：I1I1：干扰源电路在：干扰源电路在a a、b b点间的电流源点间的电流源Z2Z2：受扰电

9、路在：受扰电路在c c、d d点间的等效输入阻抗点间的等效输入阻抗Z1Z1：干扰源电路和受扰电路的公共阻抗。：干扰源电路和受扰电路的公共阻抗。受扰电路在受扰电路在c c、d d点间所感受到的干扰信号：点间所感受到的干扰信号：V2随随I1、Z1的增加而增大。的增加而增大。减小公共阻抗减小公共阻抗Z1。图5.1.3 公共阻抗耦合模型措施：合理的接地。措施：合理的接地。（4）漏电流耦合）漏电流耦合 由电路间的漏电电阻造成的。由电路间的漏电电阻造成的。简化的电路模型：简化的电路模型：V1：干扰源电路在：干扰源电路在a、b点间的电动势点间的电动势Z2：受扰电路在：受扰电路在c、d点间的等效输入阻抗点间的

10、等效输入阻抗R：干扰源电路和受扰电路间的漏电电阻。：干扰源电路和受扰电路间的漏电电阻。受扰电路在受扰电路在c、d点间所感受到的干扰信号：点间所感受到的干扰信号：图5.1.4 漏电流耦合模型 V2随随V1和和Z2的增加而增大，随的增加而增大，随R的增大而减小。的增大而减小。 增大漏电电阻增大漏电电阻R，减小，减小Z2，可降低漏电流耦合的干扰与噪声。，可降低漏电流耦合的干扰与噪声。 8.3.1合理接地与屏蔽合理接地与屏蔽 1.合理接地合理接地 合理接地是抑制干扰的主要方法。合理接地是抑制干扰的主要方法。设置接地系统的目的设置接地系统的目的: :8.3 干扰抑制技术干扰抑制技术“地地”：用作电路或系

11、统参考电压的等电位点或等电位板。：用作电路或系统参考电压的等电位点或等电位板。 接地是指印制电路板上的局部电路中和测控系统整机中公共零电位线的布置。接地是指印制电路板上的局部电路中和测控系统整机中公共零电位线的布置。分类：分类：l 减少多个电路的电流流经公共阻抗产生的噪声电压减少多个电路的电流流经公共阻抗产生的噪声电压l 缩减信号回路感应磁场噪声的感应面积缩减信号回路感应磁场噪声的感应面积l 消除地电位差对信号回路的不利影响。消除地电位差对信号回路的不利影响。工作接地：可以是大地电位工作接地：可以是大地电位, ,也可以不是大地电位。也可以不是大地电位。安全接地：称为保护接地安全接地：称为保护接