第二章 2.6硬件抗干扰技术。
可靠性(reliability):系统的可靠程度。与系统的内在质量、系统的设计水平、使用环境、运行维护水平有关。是衡量系统的主要性能指标。
包括:硬件的可靠性、软件的可靠性。影响系统硬件可靠性的主要因素就是干扰。
干扰:有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。
系统抗干扰策略:软硬结合抗干扰。硬件措施得当,将大部分干扰消除,但仍然有少部分干扰串入系统中,抗干扰技术:
从系统硬件运行环境着手,解决运行中可能出现的影响系统可靠运行的问题,消除干扰因素,改善运行条件。
内容:干扰源、干扰类型、干扰传播途径、抗干扰措施。
2.6.1 干扰源及干扰分类。
干扰源。干扰源:干扰的**或造成干扰的原因。
分类:按干扰源来分,有内部干扰和外部干扰。
1. 内部干扰。
由系统结构、制造工艺、安装等内在原因引起的干扰。
主要原因:1) 元器件噪声;
2) 分布电容、电感引起的电磁感应;
3) 长线传输中波的反射;
4) 多点接地引起的电位差;
5) 电源系统引入的干扰。
2. 外部干扰。
由外界环境因素引起的干扰。
主要原因:1) 大功率设备、输电线路发生的电磁场;
2) 广播和通信设备发射的无线电波;
3) 自然界干扰,包括:天体辐射、雷电、气温、湿度等。
内外干扰本质相同,相互作用。通常采取消除干扰源、避开干扰源、切断干扰传播途径的方法,有效消除干扰。
干扰的作用方式分类:串模干扰、共模干扰。
1. 串模干扰及其抑制方法。
串模干扰:串联于有用信号回路之中的干扰,即叠加在有用信号之上。
原因:(1) 内部干扰(信号源内部叠加的干扰)
(2) 电磁耦合引起的干扰(长线传输、空间电磁场、工频干扰)
串模干扰示意图电磁耦合引入串模干扰
串模抑制比:衡量系统抑制串模干扰的能力。
定义: nmrr = 20lg(un/△ui) (db)
un:串模干扰信号的幅值;
ui:un引起输出的改变折合到输入端的偏移量。
效果:△ui越小,抗串模干扰的能力越强,即nmrr越大。
串模干扰的抑制方法:
采用滤波器:低通、高通或带通滤波器。
采用双积分式a/d转换器,消除尖峰干扰。
采用前置放大器,提高信噪比;采用隔离和屏蔽措施。
采用高抗扰度逻辑器件;
采用双绞线作信号引线,减少电磁感应。
2. 共模干扰及其抑制方法。
共模干扰:共模干扰是系统2个输入端上共有的干扰电压。
也称对地干扰、共模干扰。
原因:被测信号的接地点和计算机输入信号的参考接地点,存在一定的电位差。
共模干扰的影响:共模干扰对放大器的影响,是因转换成串模干扰而加到输入端的。
共模抑制比:衡量系统抑制共模干扰转化为串模干扰的能力。
定义: cmrr = 20lg(ucm/un) (db)
un:是共模干扰信号ucm转换成串模干扰的电压幅值;
ui:un引起输出的改变折合到输入端的偏移量。
效果:un越小,抗共模干扰的能力越强,即cmrr越大。
共模干扰向串模干扰的转换。
cmrr与信号的输入方式有关,分单端输入和差动输入2种形式。
1.单端输入:一个输入信号,地端为参考电压;
2. 差动输入:2个输入信号,1个是高电平,一个是低电平,以2个信号的差值来决定信号的幅值。
共模干扰的抑制方法:
采用隔离技术,阻止共模干扰向串模干扰转换;
采用差动输入方式;
采用浮地屏蔽。
采用仪表放大器,提高共模抑制比。
5.1.4干扰传播的途径。
1.电路传播的干扰:共模干扰是系统2个输入端上共有的干扰电压。
1) 漏电阻。
2) 公共阻抗。
模拟信号和数字信号分开接地。
(a)未分开接地 (b)未分开接地 (c)分开接地。
3)信号输入/输出回路。
4)电源回路。
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