數(shù)字電子系統(tǒng)硬件抗干擾分析畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽
2025-08-09 14:33本頁(yè)面
【正文】 抑制電磁干擾的有效措施電磁干擾的三要素是干擾源、傳輸通道、接收器。 第三章 數(shù)字電路的硬件抗干擾措施 器件使用時(shí)的抗干擾措施器件的選擇：對(duì)于數(shù)字集成電路，通常噪聲容限越高，傳輸延時(shí)越大，其抗干擾性能越好，因此，CMOS 要比TTL集成電路的抗干擾性能好。 負(fù)載的控制：當(dāng)某種集成電路輸出所帶的負(fù)載電路超過(guò)規(guī)定的扇出時(shí)，會(huì)使電路輸出的高電平值降低，低電平值升高，從而導(dǎo)致電路的噪聲容限降低，容易受干擾影響。 空端的處理：對(duì)于不用的集成電路輸入和控制端，容易通過(guò)分布電容進(jìn)入端子對(duì)電路產(chǎn)生干擾。 電路設(shè)計(jì)中抗干擾措施防電磁干擾主要有三項(xiàng)措施，即屏蔽、濾波和接地。許多設(shè)備單臺(tái)做電磁兼容實(shí)驗(yàn)時(shí)都沒(méi)有問(wèn)題，但當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備連接起來(lái)以后，就不滿(mǎn)足電磁兼容的要求了，這就是電纜起了接收和輻射天線(xiàn)的作用。都可以采用濾波技術(shù)，下面就電磁干擾中接地技術(shù)、濾波技術(shù)、隔離技術(shù)作一些簡(jiǎn)單的研究。由于大地的電容非常大，一般情況下可以將大地的電位視為零電位。對(duì)于電力電子設(shè)備將接地線(xiàn)直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導(dǎo)體上，當(dāng)電流通過(guò)該參考電位時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生電壓降?？梢?jiàn)，接地技術(shù)是電力電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一。一是防止機(jī)殼上積祟電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時(shí)，促使電源的保護(hù)動(dòng)作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全。接地的目的有兩個(gè)：第一是通過(guò)電把金屬部件的靜電荷經(jīng)地放掉，第二是防止部件接收近區(qū)無(wú)線(xiàn)電發(fā)射能量并再發(fā)射出去。當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時(shí)，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。( 4 ）電源接地供電電源單獨(dú)建立基準(zhǔn)接地點(diǎn)稱(chēng)之為電源接地。( 5 ）電路接地電路接地即電路的接地面對(duì)電路所在系統(tǒng)的所有工作頻率都呈現(xiàn)低阻抗特睦。( 6 ）工作接地 工作接地是為電路正常工作而提供的一個(gè)基準(zhǔn)電位。當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時(shí)，視為相對(duì)的零電位。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時(shí)，基準(zhǔn)電位視為大地的零電位，而不會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化。比如共地線(xiàn)干擾、地環(huán)路干擾等。根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類(lèi)，比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號(hào)地、功率地、電源地等。 ( 7 ）屏蔽接地 屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用，才能起到屏蔽的效果。當(dāng)用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來(lái)，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷，因此外側(cè)仍有電場(chǎng)存在。再比如交變電場(chǎng)屏蔽。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。通常按功用可把濾波器分為信號(hào)選擇濾波器和電磁干擾( EMD 濾波器兩大類(lèi)。 電磁干擾濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標(biāo)的濾波器。 線(xiàn)路板上的導(dǎo)線(xiàn)是最有效的接收和輻射天線(xiàn)，由于導(dǎo)線(xiàn)的存在，往往會(huì)使線(xiàn)路板上產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的電磁輻射。在導(dǎo)線(xiàn)上使用信號(hào)濾波器是一個(gè)解決高頻電磁干擾輻射和接收很有效的方法。信號(hào)濾波器的使用可使脈沖信號(hào)的高頻成分大大減少，由于高頻信號(hào)的輻射效率較高，這個(gè)高頻成分的減少，線(xiàn)路板的輻射將大大改善。通過(guò)電源線(xiàn)，電網(wǎng)上的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。為了防止這兩種情況的發(fā)生，可以使用電源線(xiàn)濾波器濾除其干擾，開(kāi)關(guān)電源EMI工濾波器基本電路。 差模干擾抑制器通常使用低通濾波元件構(gòu)成，最簡(jiǎn)單的就是一只濾波電容接在兩根電源線(xiàn)之間而形成的輸入濾波電路，只要電容選擇適當(dāng)，就能對(duì)高頻干擾起到抑制作用。 隔離技術(shù)隔離技術(shù)是電磁兼容中重要技術(shù)之一，其主要目的是通過(guò)隔離元件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。電子設(shè)備中常采用的隔離技術(shù)可分為磁電隔離、光電隔離、機(jī)電隔離、浮地隔離等兒種，下面對(duì)這兒種加以介紹。l ）電磁隔離電磁隔離主要采用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)變壓器傳遞電信號(hào)，阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。須注意若設(shè)備使用開(kāi)關(guān)電源，由于開(kāi)關(guān)變壓器繞組間分布電容較大，所以使用時(shí)應(yīng)當(dāng)與屏蔽和接地相配合。當(dāng)在主繞組上加上交變電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)而在其它繞組上感應(yīng)出交變電壓。由于實(shí)際變壓器鐵心存在渦流損耗和磁滯損耗，這些損耗不僅導(dǎo)致變壓器的效率降低，而日＿引起鐵心發(fā)熱、甚至可能導(dǎo)致絕緣損壞。變壓器的漏磁易對(duì)變壓器附近的元器件和導(dǎo)線(xiàn)形成干擾，為此，在選用變壓器作隔離時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇漏磁小的變壓器，否則，應(yīng)對(duì)變壓器加強(qiáng)磁場(chǎng)屏蔽。而在電源變壓器初、次級(jí)間增加靜電屏蔽后，該屏蔽與繞組間形成新的分布電容，當(dāng)將屏蔽接地后，可以將高頻干擾接地，而起到抗電磁干擾的作用。該耐壓水平包括工作電壓、電壓波動(dòng)、可能的瞬態(tài)過(guò)電壓以及為可靠工作而留有的余量。由于普通變壓器繞組間的寄生電容較大，為了提高對(duì)高頻干擾的隔離效果，可以在普通變壓器繞組間增加一層屏蔽，并將該層屏蔽接地（接地線(xiàn)的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，否則因接地線(xiàn)的阻抗分壓而使對(duì)擾的衰減變差）而成為隔離變壓器。2 ）光電隔離光電隔離采用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光發(fā)射和光敏半導(dǎo)體（光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）的光接收，來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞的。如光電耦合器可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源的反饋穩(wěn)壓電路中，通過(guò)光電耦合器和變壓器的隔離作用可使電子設(shè)備的主電路與市電電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電氣隔離，使主電路板為“冷底板”，從而實(shí)現(xiàn)了安全隔離。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響，其隔離電阻很大（約1012Ω) ，隔離電容很小(pF級(jí)）能較好的阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。3 ）機(jī)電隔離機(jī)電隔離主要采用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)其線(xiàn)圈接收信號(hào)，機(jī)械觸點(diǎn)發(fā)送信號(hào)。繼電器一般用在弱電控制強(qiáng)電的電路中，如電視機(jī)中的遙控開(kāi)關(guān)機(jī)電路。采用繼電器的缺點(diǎn)是線(xiàn)圈工作頻率低，不適合于工作頻率較高的場(chǎng)合使用。上述過(guò)程中，產(chǎn)生的電弧和峰值大、頻率高的電壓脈沖串將通過(guò)輻射和傳導(dǎo)對(duì)其它電路和器件形成強(qiáng)烈的干擾4 ）浮地隔離浮地是指該電路的地與大地?zé)o電氣連接（絕緣電阻在50 兆歐以上）。浮地還可使不同電位間的電路配合變得容易。如在開(kāi)關(guān)電源部分可將這兩種方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)浮地隔離，從而使設(shè)備的主電路的地與市電實(shí)現(xiàn)隔離。 線(xiàn)路板設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾措施在線(xiàn)路板上，由于用作電路電源線(xiàn)、地線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的印制線(xiàn)條具有一定的阻抗，電源線(xiàn)上會(huì)因電路狀態(tài)改變而產(chǎn)生脈動(dòng)干擾；地線(xiàn)上會(huì)造成電路間的公共阻抗耦合；信號(hào)線(xiàn)之間因電容耦合（靜電感應(yīng)）和電感耦合（電磁感應(yīng)
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