數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)10-12章(編輯修改稿)
2025-06-18 00:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸線(xiàn) 終端匹配 (RL=Z0)，傳輸?shù)男盘?hào)電壓波沒(méi)有反射， 電流平穩(wěn)地進(jìn)入負(fù)載。 ②當(dāng)傳輸線(xiàn) 始端匹配 (RS=Z0)，終端的反射波 =入射波，反射 波到達(dá)始端時(shí)，則被匹配的阻抗所吸收，整個(gè)傳輸線(xiàn)被 充電而達(dá)到穩(wěn)態(tài)，不再反射。 ③當(dāng)終端電阻 RLZ0， 傳輸線(xiàn)上的電壓產(chǎn)生過(guò)沖，并在穩(wěn)定值 附近產(chǎn)生振蕩，最后趨向穩(wěn)定值。 ④當(dāng)終端電阻 RLZ0， 傳輸線(xiàn)上的電壓不再過(guò)沖，逐漸恢復(fù)到 穩(wěn)定值穩(wěn)定值。 長(zhǎng)線(xiàn)傳輸信號(hào)的抗干擾措施 (1)阻抗匹配 (阻抗匹配的好壞，直接影響長(zhǎng)線(xiàn)上信號(hào)的反射的強(qiáng)弱 ) ① 始端匹配 －－通過(guò)在始端串接電阻，增加長(zhǎng)線(xiàn)的特性阻抗，以達(dá)到與終端阻抗匹配。 一般取 R=Z0RS 74LS20 74LS20 R(=100Ω) 或 阻容匹配 始端上拉電阻 －－用于吸收一部分終端的反射波。 阻容匹配 －－ ↗ 靜態(tài)時(shí) C 隔直，上拉電阻 R對(duì)傳輸線(xiàn)開(kāi)路 ↘ 動(dòng)態(tài)時(shí) ↘ 當(dāng)信號(hào)從高 →低電平， C向傳輸線(xiàn)放電，以抵消反射波 ↗ 起作用 R (330Ω~) +5V R 220Ω +5V C 43pF ② 終端匹配 2121RRRRR?? a. 終端并聯(lián)電阻匹配 R1 R2 Ucc R E 212RRRUE cc??? R應(yīng)等于傳輸線(xiàn)的波阻 Z0， E一般取輸出高電平時(shí)的電壓值，如 ↗ 若 R2小，則低電平拉入電流大，而使輸入的低電平拉高 ↘ ↘ 若 R1小，則使流入電流增大，降低了高電平 ↗ 一般要權(quán)衡考慮。 例如：取 R1 = 330 Ω， R2 = 470 Ω b. 終端阻容匹配 當(dāng) C較大時(shí)， ZC= 0，只起隔直作用，不會(huì)影響阻抗匹配。 因此，只要 R = Rp即可 C R Rp 2110CRRT??取↗ T －－傳輸信號(hào)脈沖寬度 | R1 －－始端低電平輸出阻抗 (約 20 Ω) | Rp －－長(zhǎng)線(xiàn)特性阻抗 ↘ R －－匹配電阻 ② 終端匹配 c. 終端接鉗位二極管匹配 好處 ↗ 由于把 B門(mén)輸入端的低電平鉗至 ，可減小反沖和振蕩現(xiàn)象。 | 有了二極管，可吸收反射波，減小波的反射現(xiàn)象。 ↘ 大大減小線(xiàn)間串?dāng)_，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。 A B (2)長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng) 長(zhǎng)線(xiàn)如果用 TTL電路直接驅(qū)動(dòng)，有可能使電信號(hào)幅值不斷減小，抗干擾能力下降的特性阻抗，以達(dá)到與及存在串?dāng)_和噪聲，結(jié)果使電路傳錯(cuò)信號(hào)。 因此，在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸中，需要采用驅(qū)動(dòng)電路和接收電路。 選通 TTL電平 始端匹配電阻 驅(qū)動(dòng)電路 接收電路 終端匹配電阻 TTL電平 禁止端 ↗ 驅(qū)動(dòng)電路 －－將 TTL→差分信號(hào)，再經(jīng)長(zhǎng)線(xiàn)傳至接收電路。 (禁止端的使用 ) ↘ 接收電路 －－具有差分輸入端，接收到信號(hào)放大后，轉(zhuǎn)換成 TTL信號(hào)輸出。 ∵ 差動(dòng)放大器有很強(qiáng)的共模抑制能力，且工作在線(xiàn)性區(qū)，易做到阻抗匹配。 (3)用光電耦合器隔離、浮臵傳輸線(xiàn) 當(dāng)傳輸線(xiàn)很長(zhǎng)或數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)干擾十分強(qiáng)烈時(shí)，為進(jìn)一步提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕梢酝ㄟ^(guò)光電耦合器將傳輸線(xiàn)隔離和完全浮臵起來(lái)。 浮臵 －－是指去掉傳輸線(xiàn)兩端之間的公共地線(xiàn)。 (由于傳輸線(xiàn)兩端不共地，也就阻斷了地環(huán)路，從而消除了地電位差帶來(lái)的共模干擾。 ) 傳輸線(xiàn)的使用 長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)，有很多類(lèi)型的傳輸線(xiàn)可供使用。 (1)屏蔽線(xiàn) －－可有效克服 靜電感應(yīng) 的干擾。 Notes： 屏蔽層要 一端接地，另一端懸空。 接地點(diǎn)一般可選擇在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接地點(diǎn)上。 傳感器 數(shù)采電路 傳輸線(xiàn)的使用 (2)同軸電纜 電流 I由信號(hào)源 →(+I)電纜中心導(dǎo)體 →接收電路 →(I)屏蔽層 →信號(hào)源 I和 I產(chǎn)生磁場(chǎng)相互抵消。 ∵ ↗ 它在電纜屏蔽層的外部產(chǎn)生的磁場(chǎng) =0 ↘ 同時(shí)，外電場(chǎng)對(duì)同軸電纜內(nèi)部的影響 =0 Notes： 一定要把屏蔽層 兩端都接地。 (3)雙絞線(xiàn) 與同軸 ↗ 優(yōu)點(diǎn)－－ Z0高，體積小，價(jià)低 ↘ 可消除電磁場(chǎng)干擾 電纜 ↘ 缺點(diǎn)－－傳送信號(hào)的頻帶窄 ↗ 雙絞節(jié)距越短，電磁感應(yīng)干擾越小 Notes： 雙絞線(xiàn)中途 不能接地。 總結(jié)： ↗ 抑制 靜電 干擾－－應(yīng)該用 屏蔽線(xiàn) ↘ 抑制 電磁感應(yīng) 干擾－－應(yīng)該用 雙絞線(xiàn) 。 (4)扁平帶狀電纜 雖然它的抗干擾能力比雙絞線(xiàn)差一些，但由于很實(shí)用，因而廣泛使用。 ∵ 扁平帶狀電纜 的導(dǎo)線(xiàn)較細(xì)，當(dāng)長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，用它作地線(xiàn)，地電位會(huì)發(fā)生變化。 ∴ 最好采用雙端傳送信號(hào)； 當(dāng)采用單端傳送信號(hào)時(shí)，每條信號(hào)線(xiàn)應(yīng)配有一條接地線(xiàn)。 五、 ADC抗干擾 ADC的抗干擾措施 (1)抗串模干擾的措施 ①在串模干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，可用積分式 /雙斜積分式 ADC。 ②對(duì)于高頻干擾，可用低通濾波器加以濾除； 對(duì)于低頻干擾，可用同步采樣的方法加以濾除。 ③盡量把 ADC直接附在傳感器上， ↓傳輸線(xiàn)引入的干擾。 ④當(dāng)傳感器與 ADC距離較遠(yuǎn)時(shí)，容易引起干擾。 解決方法：用 電流傳輸 代替 電壓傳輸 。（ 電流型 傳感器） (2)抗共模干擾的措施 ①采用三線(xiàn)采樣雙層屏蔽浮臵技術(shù)。 三線(xiàn)采樣－－將信號(hào)線(xiàn)和地線(xiàn)一起采樣。 實(shí)驗(yàn)表明： 這種雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法 。 Notes： ，否則會(huì)引起干擾。 b. AD的電流應(yīng)自成系統(tǒng)，不能與大地相接。 ②采用隔離技術(shù)。 ③采用電容記憶法， ADC工作在脫離信號(hào)連線(xiàn)的情況下。 ④利用屏蔽法來(lái)改善高頻共模抑制比。 五、 ADC抗干擾 ADC的位臵的確定 (1)靠近微機(jī)放臵 由于 ADC遠(yuǎn)離采集現(xiàn)場(chǎng)，模擬信號(hào)傳送線(xiàn)路較長(zhǎng)，分布參數(shù)以及干擾的影響，易引起模擬信號(hào)的衰減，直接影響 AD轉(zhuǎn)換的精度。 (2)靠近采集現(xiàn)場(chǎng)放臵 優(yōu)點(diǎn) ↗ 模擬量傳輸線(xiàn)較短 → AD轉(zhuǎn)換的精度 ↑ ↘ 長(zhǎng)線(xiàn)傳輸數(shù)字量 → 抗干擾能力 ↑ → 保證信號(hào)傳輸精度 缺點(diǎn) ↗ 并行傳輸 → 傳輸線(xiàn)多 ↘ 串行傳輸 → 傳輸速度慢 另對(duì) AD的控制不方便。 傳感器 微機(jī) A/D I/O 接口 模擬量傳輸線(xiàn) 傳感器 微機(jī) A/D I/O 接口 數(shù)字量傳輸線(xiàn) 控制線(xiàn) 六、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì)措施 合理布臵印刷電路板上的器件 原則： 電氣干擾小 ，
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