1、 一、干擾和噪聲一、干擾和噪聲。干擾竄入儀器的渠道主要有三個： 高壓電纜閃電雷達、電臺等天線發(fā)射 微機控制系統(tǒng)地電位波動電機、電焊機等大用電設(shè)備引入噪聲交交流流動動力力線線 圖 8-1 外部干擾環(huán)境外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素決定。外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素決定。天電干擾、天體干擾、電氣設(shè)備的干擾、電源的工頻干擾天電干擾、天體干擾、電氣設(shè)備的干擾、電源的工頻干擾 內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。 有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射；應(yīng)，

2、長線傳輸造成的波反射； 多點接地造成的電位差引入的干擾；多點接地造成的電位差引入的干擾； 裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪變噪聲、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。聲等。 內(nèi)部干擾環(huán)境內(nèi)部干擾環(huán)境干擾傳播的途徑主要有三種：干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。耦合，公共阻抗耦合。1 1）靜電耦合）靜電耦合3 3、 干擾的傳播途徑干擾的傳播途徑 靜電耦合是電場通過電容耦合途徑竄入其它靜電耦合是電場通過電容耦合途徑竄入其它線路的。兩根并排的

3、導(dǎo)線之間會構(gòu)成分布電線路的。兩根并排的導(dǎo)線之間會構(gòu)成分布電容，如印制線路板上印制線路之間、變壓器容，如印制線路板上印制線路之間、變壓器繞線之間都會構(gòu)成分布電容。繞線之間都會構(gòu)成分布電容。 圖中給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意圖中給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意電路，電路，Cl2Cl2是兩個導(dǎo)線之間的分布電容，是兩個導(dǎo)線之間的分布電容，C1gC1g、C2gC2g是導(dǎo)線對地的電容，是導(dǎo)線對地的電容，R R是導(dǎo)線是導(dǎo)線2 2對地電阻。對地電阻。如果導(dǎo)線如果導(dǎo)線1 1上有信號上有信號V1V1存在，那么它就會成為存在，那么它就會成為導(dǎo)線導(dǎo)線2 2的干擾源，在導(dǎo)線的干擾源，在導(dǎo)線2 2上產(chǎn)生干擾電壓上

4、產(chǎn)生干擾電壓Vn Vn 。顯然，干擾電壓顯然，干擾電壓VnVn與干擾源與干擾源V1V1、分布電容、分布電容Cl2Cl2、C2gC2g的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。如果導(dǎo)體如果導(dǎo)體1上有干擾源上有干擾源V1存在，導(dǎo)體存在，導(dǎo)體2為接受干擾的導(dǎo)體，則為接受干擾的導(dǎo)體，則導(dǎo)體導(dǎo)體2上出現(xiàn)的干擾電壓上出現(xiàn)的干擾電壓Vn為為1212121VCCRjRCjVgn)(112VRCjVnVn可近似表示為可近似表示為這表明干擾電壓這表明干擾電壓Vn與干擾源的角頻率與干擾源的角頻率 和幅值和幅值V1、導(dǎo)體、導(dǎo)體2的的負載電阻負載電阻R、耦合電容、耦合電容C12成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體2對地電阻對地電阻R很小

5、，使很小，使1)(212gCCRj1)(212gCCRj121212VCCCVgn當(dāng)導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體2對地電阻對地電阻R很大，使很大，使Vn可近似表示為可近似表示為在這種情況下，干擾電壓在這種情況下，干擾電壓Vn由電容由電容C12和和C2g的分壓關(guān)系及的分壓關(guān)系及V1所確定，其幅值比前種情況大的多。所確定，其幅值比前種情況大的多。 空間的磁場耦合是空間的磁場耦合是通過導(dǎo)體間的互感耦合進來的通過導(dǎo)體間的互感耦合進來的。在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會產(chǎn)生磁場，而交變磁場在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會產(chǎn)生磁場，而交變磁場則對其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢。如設(shè)備內(nèi)部的線圈則對其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢。如設(shè)備內(nèi)部

6、的線圈或變壓器的漏磁會引起干擾，還有普通的兩根導(dǎo)線平行或變壓器的漏磁會引起干擾，還有普通的兩根導(dǎo)線平行架設(shè)時，也會產(chǎn)生磁場干擾，架設(shè)時，也會產(chǎn)生磁場干擾，如下圖所示如下圖所示。 如果導(dǎo)線如果導(dǎo)線1 1為承載著為承載著10kA10kA、220V220V的交流輸電線，的交流輸電線，導(dǎo)線導(dǎo)線2 2為與之相距為與之相距1 1米并平行走線米并平行走線1010米的信號線，兩米的信號線，兩線之間的互感線之間的互感M M會使信號線上感應(yīng)到的干擾電壓會使信號線上感應(yīng)到的干擾電壓UnUn高達幾十毫伏。如果導(dǎo)線高達幾十毫伏。如果導(dǎo)線2 2是連接熱電偶的信號線，是連接熱電偶的信號線，那么這幾十毫伏的干擾噪聲足以淹沒熱

7、電偶傳感器那么這幾十毫伏的干擾噪聲足以淹沒熱電偶傳感器的有用信號。的有用信號。 2）磁場耦合）磁場耦合 兩導(dǎo)體間的磁場耦合兩導(dǎo)體間的磁場耦合V1VnR3R2R1M導(dǎo)體導(dǎo)體1導(dǎo)體導(dǎo)體2I11MIjVn其中，其中， 為感應(yīng)線磁場交變角為感應(yīng)線磁場交變角頻率，頻率，M為兩根導(dǎo)線之間的互為兩根導(dǎo)線之間的互感系數(shù)，感系數(shù)，I1為導(dǎo)線為導(dǎo)線1中的電流。中的電流。減小減小Vn的主要途徑是減小互感的主要途徑是減小互感系數(shù)。系數(shù)。由于感應(yīng)電磁場引起的耦由于感應(yīng)電磁場引起的耦合，其感應(yīng)電壓合，其感應(yīng)電壓Vn為：為： 公共阻抗耦合發(fā)生在兩個電路的電流流經(jīng)公共阻抗耦合發(fā)生在兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路在

8、該阻抗上的一個公共阻抗時，一個電路在該阻抗上的電壓降會影響到另一個電路，從而產(chǎn)生干電壓降會影響到另一個電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。擾噪聲的影響。3）公共阻抗耦合）公共阻抗耦合如印刷電路板上的如印刷電路板上的“地地”，實質(zhì)上就是公共回流線，由于它，實質(zhì)上就是公共回流線，由于它仍然有一定的電阻，各電路之間通過它產(chǎn)生信號耦合。仍然有一定的電阻，各電路之間通過它產(chǎn)生信號耦合?？煞譃楣搽娫锤蓴_電壓和共地干擾電壓可分為共電源干擾電壓和共地干擾電壓)(,),)(),(12221111nnpnnjjnpnpRRiRRiiRRi（1）、共電源干擾電壓：如下圖所示，在一塊印刷線路板上）、共電源干擾電壓：如下圖所

9、示，在一塊印刷線路板上各電路有公共電源線，各獨立電路回流通過公共回流線電阻各電路有公共電源線，各獨立電路回流通過公共回流線電阻Rpi和和Rni（I=1，2，n）產(chǎn)生壓降）產(chǎn)生壓降 公共電源線的阻抗耦合公共電源線的阻抗耦合Rp1RpnRn2Rn1Rp2Rnnnjji121ii 1i1i2ini它們分別耦合進各級電路形成干擾。它們分別耦合進各級電路形成干擾。（2）、共地干擾電壓：如果系統(tǒng)的模擬信號和數(shù)字信號不是）、共地干擾電壓：如果系統(tǒng)的模擬信號和數(shù)字信號不是分開接地的，如圖（分開接地的，如圖（A）（）（B）所示，則數(shù)字信號就會耦合到）所示，則數(shù)字信號就會耦合到模擬信號中去。圖（模擬信號中去。圖（

10、C）中模擬信號和數(shù)字信號是分開接地的，）中模擬信號和數(shù)字信號是分開接地的，兩種信號分別流入大地，這樣，就可以避免干擾。兩種信號分別流入大地，這樣，就可以避免干擾。模擬模擬系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)字數(shù)字系統(tǒng)系統(tǒng)模擬模擬系統(tǒng)系統(tǒng)模擬模擬系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)字數(shù)字系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)字數(shù)字系統(tǒng)系統(tǒng)（A）（B）（C）公共地線的阻抗耦合公共地線的阻抗耦合三、硬件的抗干擾技術(shù)三、硬件的抗干擾技術(shù)靜電屏蔽原理靜電屏蔽原理四、軟件的抗干擾技術(shù)四、軟件的抗干擾技術(shù)COUNTTfCRTTT12 . 2振蕩頻率振蕩周期 1k ，CT 例：例： 看門狗電路在微處理器系統(tǒng)監(jiān)控中有非看門狗電路在微處理器系統(tǒng)監(jiān)控中有非常重要的作用。設(shè)系統(tǒng)實際運行的用戶程序

11、常重要的作用。設(shè)系統(tǒng)實際運行的用戶程序所需工作周期為所需工作周期為2.5 s，設(shè)計由，設(shè)計由14位計數(shù)器位計數(shù)器CD4060構(gòu)成的看門狗電路，保證單片機系統(tǒng)構(gòu)成的看門狗電路，保證單片機系統(tǒng)正常工作。要求：寫出設(shè)計過程，畫出詳細正常工作。要求：寫出設(shè)計過程，畫出詳細原理圖。原理圖。解：取解：取CT=1uF,RT=10k, RS=100kT=2.2RTCT=0.022sCD4060的的Q4腳輸出信號周期腳輸出信號周期=240.022s=0.352sCD4060的的Q5腳輸出信號周期腳輸出信號周期=250.022s=0.704sCD4060的的Q6腳輸出信號周期腳輸出信號周期=260.022s=1.408sCD4060的的Q7腳輸出信號周期腳輸出信號周期=270.022s=2.816sCD4060的的Q8腳輸出信號周期腳輸出信號周期=280.022s=5.632sCD4060的的Q9腳輸出信號周期腳輸出信號周期=290.022s=11.264s因為系統(tǒng)實際運行的用戶程序所需工作周期為因為系統(tǒng)實際運行的用戶程序所需工作周期為2.5s，所以選，所以選擇擇CD4060的的Q8作為單片機的復(fù)位信號，作為單片機的復(fù)位信號，Q8輸出高電平要輸出高電平要2.816s,如果系統(tǒng)工作正常，則單片機每隔如果系統(tǒng)工作正常，則單片機每隔2.5秒鐘會對計數(shù)秒鐘會對計數(shù)器器CD4060清零，計數(shù)器總也計