【正文】 輸出通道隔離技術(shù)中將詳細(xì)介紹。 ? 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。 數(shù)字量輸入通道與 數(shù)字量輸出通道兩節(jié)中給出了大量應(yīng)用于數(shù)字量輸入輸出通道中的電路實例。 ? 其實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， 如下頁圖所示 。（ 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 動畫鏈接 動畫鏈接 ? 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， 如圖 812 所示 。 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 動畫鏈接 動畫鏈接 ? 在 圖 812（ 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 812（ 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?yán)щy，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314給出了一種浮地輸入雙層屏蔽放大電路 。 （ 3）浮地屏蔽 動畫鏈接 33133 3 3ssn s c m c mc s cZZU U U UZ Z Z? ? ??122 1 2 11 1 2 2()ssn s s ns c s cZZU U U UZ Z Z Z? ? ? ???12112()ssnccZZUZZ??3 1 23 1 2()s s scmc c cZ Z ZUZ Z Z??? 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(dá)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(dá)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(dāng)作長錢來看待；而對于 10微妙級的電路，幾米長的連線才需要當(dāng)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(dāng)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。 長線傳輸干擾及其抑制 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 315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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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。 2．終端阻抗匹配 ? 最簡單的終端阻抗匹配方法 如圖 316（ a）所示 。如果傳輸線的波阻抗是 RP，那么當(dāng) 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(fù)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 316（ b）所示的終端匹配方法。 3．始端阻抗匹配 ? 在傳輸線始端串入電阻 R，如圖 317所示，也能基本上消除反射，達(dá)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。 補充 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；反之，將會給系統(tǒng)引入干擾，造成不良影響。 ?1．信號線的選擇 ?對信號線的選擇，一般應(yīng)從抗干擾和經(jīng)濟實用這幾個方面考慮，而抗干擾能力則應(yīng)放在首位。不同的使用現(xiàn)場，干擾情況不同，應(yīng)選擇不同的信號線。在不降低抗干擾能力的條件下，應(yīng)該盡量選用價錢便宜，敷設(shè)方便的信號線。 ? （ 1）信號線類型的選擇 ? 在精度要求高、干擾嚴(yán)重的場合，應(yīng)當(dāng)采用屏蔽信號線。 表 32列出幾種常用的屏蔽信號線的結(jié)構(gòu)類型及其對干擾的抑制效果。 屏蔽結(jié)構(gòu) 干擾衰減比 屏蔽效果（ dB） 備注 銅網(wǎng)（密度 85%） 103： 1 電纜的可撓性好，適合近距離使用 銅帶迭卷（密度90%） 376： 1 帶有焊藥，易接地，通用性好 鋁聚酯樹脂帶迭卷 6610： 1 應(yīng)使用電纜溝，抗干擾效果最好 ? 有屏蔽層的塑料電纜是按抗干擾原理設(shè)計的，幾十對信號在同一電纜中也不會互相干擾。屏蔽雙絞線與屏蔽電纜相比性能稍差，但波阻抗高、體積小、可撓性好、裝配焊接方便，特別適用于互補信號的傳輸。雙絞線之間的串模干擾小、價格低廉，是計算機控制實時系統(tǒng)常用的傳輸介質(zhì)。 ? （ 2）信號線粗細(xì)的選擇 ? 從信號線價格、強度及施工方便等因素出發(fā)，信號線的截面積在 2mm2以下為宜，一般采用 mm2和 mm2兩種。采用多股線電纜較好，其優(yōu)點是可撓性好，適宜于電纜溝有拐角和狹窄的地方。 2．信號線的敷設(shè) 選擇了合適的信號線，還必須合理地進行敷設(shè)。否則，不僅達(dá)不到抗干擾的效果，反而會引進干擾。信號線的敷設(shè)要注意以下事項： ?（ 1）模擬信號線與數(shù)字信號線不能合用同一根電纜，要絕