浅谈电子线路抗干扰方法

一．电子电路的噪声干扰分类电子电路噪声干扰的分类通常可以按照噪声的产生、波形特征、传导方式等各种特性进行分类，按照噪声产生来源可以分为内部噪音和外部噪音。1)内部噪声是指由于电路本身所产生的，基本上所有的电子元器件的本身就存在着固有的噪声。内部噪声又可分为以下几种：①热噪声，热噪声是由于电路中的电子元器件在工作的时候产生的热量造成温度波动而引起的一些元器件参数发生变化而形成的。由于这种噪声跟温度有关，囚此，这种噪声总是存在的，同时会随着温度的上升而增加，但温度越低噪声就会越低。②交流声，交流声是指交流供电的电子设备，由于整流滤波不净、变压器杂散电磁感应以及共模干扰等所造成的嗡嗡声。这种噪声常会在音响设备上发出低频刺耳的声音，一般采取改变布线和元器件布局加装屏蔽来消除。③接触噪声，这类噪声是指由于材间的不完全接触，造成该处的电导率起伏从而产生的噪声。由于接触噪声大多发生在一此低频段，因此是低频电路中最常见的主要噪声源，例如常见于开关节点接触不良，假焊等等。④颗粒噪声，颗粒噪声是指由于半导体中的载流子的不规则性所产生的电性能变化，形成一种频谱范围很宽的噪声。这种噪声主要是存在半导体和电子管这类元器件中，例如电子管阴极发射出的电子，不仅都彼此独立，而且在每个瞬间还是不规则的不连续的。2)外部噪声是指由于电路本身以外而产生的噪声，大致分为自然界噪声和人为噪声两种。自然噪声是指自然界的一此大自然现象在发生时产生的噪声，大致分为大气噪声、太阳系噪声和宇宙噪声。例如：宙击闪电、宇宙射线等等；人为噪声是指人类在从事生产或自身活动时产生的一种噪声干扰，这种干扰应该说是不可避免的，也是最卞要的一类噪声源，例如电晕放电噪声、火花放电噪声、辉光放电噪声、电波噪声和开关式噪声等等。二．干扰的抑制措施1．合理选择接地方式电了线路中，正确接地是抑制十扰的重要措施之一”从表面看来，接地似乎很简单，然而实际上并非如此”若接地不恰当，不但不能抑制十扰，相反还会引入干扰，甚至使电路工作不正常”因此，对电子线路的接地问题应引起足够的重视。”（1）安全接地与工作接地电了设备中有两种含义的接地”一种是为了保护人机安全将电子设备的金属外壳与大地相连，称为安全接地，其电路符号如图2的右图所示”安全接地防止设备漏电或机壳不慎碰到高压电源线，造成人员触电事故，同时还可屏蔽雷击闪电十扰。”另一种是电子设备工作和测量时，,常把直流电源的某一端作为公共电位参与点，一般将该点接底板或外壳，不一定接大地，称为工作接地，其电路符号如图1所示：图1安全接地和工作接地合理设置工作接地点是抑制十扰的重要方法之一。(2)接地方式的选择电子线路接地的选择，应当尽可能地减小各电路信号，通过公共地线产生相互干扰，我们知道，任何导线都有一定阻抗，当各级电流通过地线时，会在各段导线上产生电压，从而使各电路之间形成干扰。图2并联式一点接地图2为三个电路地线按ABC顺序接在一条公共地线上，当考虑到地线电阻时，其等效电路如图2所示，由图2可以看出，电路3的电路i3流过Rb,Ra，从而对电路2,电路1形成干扰;同理，电路2的电流i2流过RA，也会对电路1形成干扰。图3多点接地图3为二个电路地线按ABC顺序接在一条公共地线上，当考虑到地线电阻时，其电路如图4所小，由图4可以看出，电路3的电流i3流过RB，RA，从而对电路2,电路1形成十扰;同理，电路2的电流i2流过RA也会对电路1形成干扰。所以，这种接地方式是不合理的，但简便易行，小电流工作电路采用较多，使用中应尽量缩短电路的接地线，加粗地线直径，通常把这种接地方式称为串联式一点接地，若将图C点接地，则有可能引起环路电流干扰，因而这种接地方式是不可取的。图4串联式一点接地为了避免上述接地方式的缺点，要采用图2并联式一点接地方式，它是将各部分电路的地线在一点上接地，虑到每个电路有一定的地线电阻，其等效电路如图2示图可见，各电路之间相互会引起十扰，这种接地方式缺点是加长了接地引线，每个电路的地线呈现的引线电感增大，各地线之间的分布电容也增大，在高频时地线阻抗增大，因而各电路通过分布电容产生相匀互干扰。所以，这种接地方式适用于1MHz以下的低频电子线路”在高频电路中常采用图3所示多点接地方式，它是将各电路用最短的导线接到离它最近的镀银地线排上，这种接地很短，因而地线阻抗极低，同时分布电容及引线电感也很小，这种方式在数字电路中也常被采用。由上分析可知，选择接地方式应根据电路工作频率来选择，当f1MHz,可采用一点接地方式；f10MHz时，多采用多点接地方式；当f在1~10MHz之间时，若地线不超过波长的5%，则用一点接地，否则用多点接地。在电路实际安装时，应尽量使接地干线粗些，短些，在设计印制电路板时应尽可能扩大地线面积，且采用边缘接地线环绕布置，同时接地线的焊接或接插要可靠。在电路调整测试中，电了仪器与电了线路连接时，所用仪器接地端应正确地与电了线路接地端相连，否则，电了仪器内的电源变压器将有感应电压，通过仪器的接电线引入电了线路输入端，从而产生干扰。2．屏蔽减小外界电场，磁场或电磁场干扰的主要方法是采用屏蔽。所谓屏蔽就是用屏蔽体将干扰源或受十扰电路(或元件)罩起来，以隔断或削弱干扰的藕合通道。对于电场的干扰，屏蔽体的导电率越高，屏蔽效果越好，所以，应选用铜、铝等导电率高的材料作屏蔽体，A且屏蔽体必须接地。3．隔离采用隔离法。可使两个电子电路系统或同一系统的两部分电路相匀互独立而不构成回路，从而切断干扰从一个电路进入另一个电路的通道。常用的隔离方法有以下儿种。(1)用变压器隔离，图5所示为用变压器隔离的电路，通常隔离变压器的变比为厂1：1一次绕组和二次绕组之间加有屏蔽，只要屏蔽层接地良好，便可有效地抑制从一次绕组藕合到二次绕组的干扰。图5变压器隔离(2)用光电耦合器件隔离，图6所示为光电耦合器隔离电磁干扰的示意图。它将输入信号和数字电路的地分开，使这两个电路相互独立，没有电和磁的耦合，所以隔离效果较好，有效地抑制了干扰进入数字电路。光电隔离器传输速度快，可抑制高达100V/us的瞬间共模电压，但由于它的线性较差，一般不宜用于模拟量输入回路。图6光电耦合器隔离(3)用继电器隔离，图7所示为用继电器隔离的电路，通常要求VˊccVcc，由于继电器线圈和触点之间没有电路连接，因此用继电器可将两个电路有效地隔离起来，继电器隔离多应用于输入信号为直流或儿十毫伏以上的数字信号。它的缺点是体积大，而目本身也是一个干扰源，有时还要附加继电器驱动电路。4．电源干扰的抑制在电子设备中，有相当一部分干扰来自直流电源，如供电电网某一处开关跳闸，某一处接通或断开大功率负荷等，都会造成电网电压的波动。这时会在电源线上形成较大的干扰电压，它通过电子电路的电源和地线而影响电路的正'常工作，来自电源的干扰常采用以下的方法来加以抑制。（1）采用线路滤波器，为了抑制来自电网的高频干扰，常在变压器之前接入线路滤波器。如图8所示为双LC线路滤波器，通常取电感L=100~1000uH，电容C=0.01~0.luF(耐压应大于400V)，线路滤波器应置于屏蔽罩内。图7双LC线路滤波电路（2）传输线的反射及其抑制，当传输线的特性阻抗和信号源(即发送器件的输入)、负载(接受器件)的阻抗不匹配时，会有一部分信号产生反射。反射的结构会使传输线上的信号产生上冲，下冲振荡以及延迟等，严重时会使整个电路的工作异常。在电子电路中，传输线上的反射也是一种干扰源。因此，在使用传出线时应配置合适的终端负载，以达到阻抗的匹配，避免产生反射。用电缆传输信号时，按参数选择如下。(1)当电缆长度Llm,可在接收端或在接收端和发射端同时接入终端电阻R1,R2。发送端R1的大小由发送端电路输出能力来决定，一般取130Ω，接收端的R2一般取470Ω~1KΩ。(2)当电缆长度L大于lm而小于5m时，接收端接入电阻常取R2=330Ω,R3=470Ω。如发送端为OC门，接收端为施密特电路时，则抗噪声能力更强。(3)当电缆长度L在lOm左右时，应采用差动输出驱动器和启动输入接收器。接入终端电阻R1=130Ω时，可准确传输信息达十余米。三、其它防干扰措施1、合理布线。将信号线，控制线分开走线，主要信号线应汇集于印刷电路板的中央。走线应尽量短，但信号线之间切忌平行走线，而应垂直交义，或拉开信号线之间的距离，或在两条平行线间加一条地线，以避免不同类别的走线相互引起干扰。弱电控制线和强电控制线(包括12V、24V线)应分开，必要时，弱电控制线应使用屏蔽电缆。2、合理安置元器件。容易产生噪声的元器件(如继电器、小型电动机、开关电源、大功率晶体管开关等)工作时，往往会对其它电路产生噪声干扰。因此在布线时，这些元器件应和不产生噪声的元器件分开，并保持一定的距离，它们走线间的距离越大，离地面越近，则噪声的干扰越小。3、电子设备应远离lOKV电网，广播电台、电视台、电机、对讲机、交流接触器等十扰源。浅谈电子线路抗干扰的理论与方法检测技术与自动化装置2011441袁卓