【正文】 US經(jīng)雙絞線引到輸入通道中的放大器，放大后的直流信號 US1，先通過調(diào)制器變換成交流信號，經(jīng)隔離變壓器 B由原邊傳輸?shù)礁边?，然后用解調(diào)器再將它變換為直流信號 US2，再對 US2進行 A/D轉(zhuǎn)換。這樣，被測信號通過變壓器的耦合獲得通路，而共模電壓由于變壓器的隔離無法形成回路而得到有效的抑制。 2．光電隔離 ? 光電耦合隔離器是目前計算機控制系統(tǒng)中最常用的一種抗干擾方法。 ? 利用光耦隔離器的開關(guān)特性，可傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，即在數(shù)字信號通道中進行隔離。 ? 在開關(guān)量輸入信號調(diào)理電路中，光耦隔離器不僅把開關(guān)狀態(tài)送至主機數(shù)據(jù)口，而且實現(xiàn)了外部與計算機的完全電隔離； ? 在繼電器輸出驅(qū)動電路中，光耦隔離器不僅把 CPU的控制數(shù)據(jù)信號輸出到外部的繼電器，而且實現(xiàn)了計算機與外部的完全電隔離。 ? 在模擬量輸入輸出通道中也主要應(yīng)用這種數(shù)字信號通道的隔離方法，即在 A/D轉(zhuǎn)換器與 CPU或CPU與 D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號之間插入光耦隔離器，以進行數(shù)據(jù)信號和控制信號的耦合傳送。 A/D轉(zhuǎn)換器D1D2+ 5V+ 5VD3D4D5D6D7D0 D/A轉(zhuǎn)換器+5V+5V( b) 在 CPU 與 D /A 轉(zhuǎn)換器之間( a) 在 A /D 轉(zhuǎn)換器與 CPU 之間圖8 11 光耦隔離器的數(shù)字信號隔離C PUD1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0C PU圖 911 ?（ a） 是在 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU接口之間 8根數(shù)據(jù)線之間都各插接一個光耦隔離器 (圖中只畫出了一個 )，不僅照樣無誤地傳送數(shù)字信號，而且實現(xiàn)了 A/D轉(zhuǎn)換器及其模擬量輸入通道與計算機的完全電隔離；（ b） 是在 CPU與 D/A轉(zhuǎn)換器接口之間 8根數(shù)據(jù)線之間都各插接一個光耦隔離器(圖中也只畫出了一個 )，不僅照樣無誤地傳送數(shù)字信號，而且實現(xiàn)了計算機與 D/A轉(zhuǎn)換器及其模擬量輸出通道的完全電隔離。 A / D 計算機數(shù)字地（ a ） 在傳感器與 A / D 轉(zhuǎn)換器之間V CC放大器sU模擬地雙絞線D / A計算機數(shù)字地圖 8 1 2 光 耦隔離器的模擬信號隔離V CC放大器模擬地雙絞線LR（ b ） 在 D / A 轉(zhuǎn)換器與執(zhí)行器之間執(zhí)行器傳感器A / D 計算機數(shù)字地（ a ） 在傳感器與 A / D 轉(zhuǎn)換器之間V CC放大器sU模擬地雙絞線D / A計算機數(shù)字地圖 8 1 2 光 耦隔離器的模擬信號隔離V CC放大器模擬地雙絞線LR（ b ） 在 D / A 轉(zhuǎn)換器與執(zhí)行器之間執(zhí)行器傳感器圖 912 ? 利用光耦隔離器的 線性放大區(qū) ，也可傳送模擬信號而隔離電磁干擾，即在模擬信號通道中進行隔離。 ? 例如在現(xiàn)場傳感器與 A/D轉(zhuǎn)換器或 D/A轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場執(zhí)行器之間的模擬信號的線性傳送。 ? 在 圖 912（ a） 輸入通道的現(xiàn)場傳感器與 A/D轉(zhuǎn)換器之間，光電耦合器一方面把放大器輸出的模擬信號線性地光耦 (或放大 )到 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端， 另一方面又切斷了現(xiàn)場模擬地與計算機數(shù)字地之間的聯(lián)系，起到了很好的抗共模干擾作用。在 圖 912（ b） 輸出通道的 D/A轉(zhuǎn)換器與執(zhí)行器之間，光電耦合器一方面把放大器輸出的模擬信號線性地光耦 (或放大 )輸出到現(xiàn)場執(zhí)行器，另一方面又切斷了計算機數(shù)字地與現(xiàn)場模擬地之間的聯(lián)系，起到了很好的抗共模干擾作用。 ? 光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點。 ? 模擬信號隔離方法的優(yōu)點是使用少量的光耦，成本低；缺點是調(diào)試困難，如果光耦挑選得不合適，會影響系統(tǒng)的精度。 ? 而數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)點是調(diào)試簡單，不影響系統(tǒng)的精度；缺點是使用較多的光耦器件，成本較高。但因光耦的價格越來越低廉， 因此，目前在實際工程中主要使用光耦隔離器的數(shù)字信號隔離方法。 浮地屏蔽是利用屏蔽層使 輸入信號的 “ 模擬地 ” 浮空 ，使共模輸入阻抗大為提高，共模電壓在輸入回路中引起的共模電流大為減少，從而抑制了共模干擾的來源，使共模干擾降至很低， 圖 913給出了一種浮地輸入雙層屏蔽放大電路 。 3．浮地屏蔽 圖 8 1 3 浮地輸 入雙層屏蔽放大電路信號源cmU外屏蔽層內(nèi)屏蔽層計算機sUsU1sZ2sZ3sZ 2cZc1cZ3Z(a ) 原理框 圖 (b ) 等效電路1I2I3IAcmU計算機屏蔽層圖 913 ? 計算機部分采用內(nèi)外兩層屏蔽，且內(nèi)屏蔽層對外屏蔽層 (機殼地 )是浮地的，而內(nèi)層與信號源及信號線屏蔽層是在信號端單點接地的，被測信號到控制系統(tǒng)中的放大器是采用雙端差動輸入方式。圖中， Zs Zs2為信號源內(nèi)阻及信號引線電阻， Zs3為信號線的屏蔽電阻，它們至多只有十幾歐姆左右， Zc Zc2為放大器輸入端對內(nèi)屏蔽層的漏阻抗， Zc3為內(nèi)屏蔽層與外屏蔽層之間的漏阻抗。工程設(shè)計中 Zc Zc Zc3應(yīng)達到數(shù)十兆歐姆以上，這樣模擬地與數(shù)字地之間的共模電壓 Ucm在進入到放大器以前將會被衰減到很小很小。這是因為首先在 Ucm、 Zs Zc3構(gòu)成的回路中， Zc3＞＞ Zs3，因此干擾電流 I3在 Zs3上的分壓 US3就小得多；同理， US3分別在 Zs2與 Zs1上的分壓 US2與 US1又被衰減很多，而且是同時加到運算放大器的差動輸入端，也即被 2次衰減到很小很小的干擾信號再次相減，余下的進入到計算機系統(tǒng)內(nèi)的共模電壓在理論上幾乎為零。因此，這種浮地屏蔽系統(tǒng)對抑制共模干擾是很有效的。 由生產(chǎn)現(xiàn)場到計算機的連線往往長達幾十米，甚至數(shù)百米。即使在中央控制室內(nèi)，各種連線也有幾米到十幾米。對于采用高速集成電路的計算機來說，長線的 “ 長 ” 是一個相對的概念，是否 “ 長線 ” 取決于集成電路的運算速度。例如，對于納秒級的數(shù)字電路來說， l 米左右的連線就應(yīng)當作長線來看待；而對于 10微秒級的電路，幾米長的連線才需要當作長線處理。 信號在長線中傳輸除了會受到外界干擾和引起信號延遲外，還可能會產(chǎn)生波反射現(xiàn)象。當信號在長線中傳輸時，由于傳輸線的分布電容和分布電感的影響，信號會在傳輸線內(nèi)部產(chǎn)生 正向前進的電壓波和電流波 ，稱為入射波。 1．波阻抗的測量 ? 為了進行阻抗匹配，必須事先知道信號傳輸線的波阻抗 RP，波阻抗 RP的測量 如圖 914所示 。圖中的信號傳輸線為雙絞線，在傳輸線始端通過與非門加入標準信號，用示波器觀察門 A的輸出波形，調(diào)節(jié)傳輸線終端的可變電阻 R，當門 A輸出的波形不畸變時，即是傳輸線的波阻抗與終端阻抗完全匹配，反射波完全消失，這時的 R值就是該傳輸線的波阻抗，即 RP＝ R。 雙絞線示波器信號ARR P圖 8 1 4 傳輸線波阻抗的測量圖 914 ? 為了避免外界干擾的影響，在計算機中常常采用雙絞線和同軸電纜作信號線。雙絞線的波阻抗一般在 100～ 200Ω之間，絞花愈密，波阻抗愈低。同軸電纜的波阻抗約 50～ 100Ω范圍。 2．終端阻抗匹配 ? 最簡單的終端阻抗匹配方法如圖 915（ a）所示 。如果傳輸線的波阻抗是 RP，那么當 R＝ RP時，便實現(xiàn)了終端匹配，消除了波反射。此時終端波形和始端波形的形狀一致，只是時間上遲后。由于終端電阻變低，則加大負載，使波形的高電平下降，從而降低了高電平的抗干擾能力，但對波形的低電平?jīng)]有影響。 ? 為了克服上述匹配方法的缺點，可采用 圖 915（ b）所示的終端匹配方法。 雙絞線AR PBR 2雙絞線AR PBRR 1E C(a )(b )圖 8 15 終端阻 抗匹配圖 915 1212RRRRR? ? 適當調(diào)整 R1和 R2的阻值，可使R=RP。這種匹配方法也能消除波反射，優(yōu)點是波形的高電平下降較少，缺點是低電平抬高，從而降低了低電平的抗干擾能力。 為了同時兼顧高電平和低電平兩種情況，可選取 R1=R2=2RP，此時等效電阻 R=RP。實踐中寧可使高電平降低得稍多一些，而讓低電平抬高得少一些，可通過適當選取電阻 R1和 R2，并使 R1＞ R2來達到此目的，當然還要保證等效電阻 R=RP。 雙絞線AR PBR 2雙絞線AR PBRR 1E C(a )(b )圖 8 15 終端阻 抗匹配圖 915 3．始端阻抗匹配 ? 在傳輸線始端串入電阻 R，如圖 916所示，也能基本上消除反射，達到改善波形的目的。一般選擇始端匹配電阻 R為 ? R＝ RP－ RSC ? 其中， RSC為門 A輸出低電平時的輸出阻抗。 雙絞線AR PBR圖 8 16 始 端阻抗匹配圖 916 ? 這種匹配方法的優(yōu)點是波形的高電平不變，缺點是波形低電平會抬高。其原因是終端門 B的輸入電流在始端匹配電阻 R上的壓降所造成的。顯然，終端所帶負載門個數(shù)越多，則低電平抬高得越顯著。 信號線的選擇與敷設(shè) 在計算機控制系統(tǒng)中，信號線的選擇與敷設(shè)也是個不容忽視的問題。如果能合理地選擇信號線，并在實際施工中又能正確地敷設(shè)信號線，那么可以抑制干擾；