電路設計中抗干擾的方法

2021-04-17 07:13:31 字數 2814 閱讀 9716

3、微控制器測控系統中的頻率抖動技術

將頻率拉動訊號疊加到輸入訊號的隨機雜訊上,雖然會增加轉換的總雜訊,但增加的雜訊是用來補償輸出數碼量化雜訊的,可使量化誤差不再輸入訊號的函式而是抖動雜訊瞬時值的函式。因此,利用頻率顫抖訊號可去除量化雜訊與輸入訊號之間的相關性。頻率拉動訊號的大小通常約為1/3lsb有效值。

例如,在未加頻率拉動的情況下,adc輸出的量化雜訊是瞬時輸入訊號幅度的函式,量化拉動之後,因抖動訊號的幅度不依賴於輸入訊號,故量化雜訊與輸入訊號無關,從而消除了adc輸出諧波分量,但這是以增加總雜訊為代價的。需要指出的是,並不一定在adc輸入端實際施加顫抖雜訊,也可利用地轉換器的熱雜訊作為頻率抖動訊號,但adc要有足夠的輸出位數以確保能夠去除輸入訊號與量化雜訊的相關性。

4、防止漏電流的技術

應當在清潔、乾燥、通風、環境溫度適宜的條件下使用智慧型化微控制器測控系統。系統受潮後導致絕緣電阻下降,會產生漏電流。輕測使測量誤差增大,控制不靈;重則會造成適中故障,損壞元器件。

例如,當印製板受潮時,a/d轉換器輸入阻抗下降,讀數不准,並且伴有跳數現象。這也是一些數字電壓表在雷雨季節無法正常工作的主要原因。對於受潮的印製板,可用無水酒精擦淨表面,然後用電吹風烘乾,以消除漏電。

有些精密積體電路,專門設定了防止極間漏電用的保護環。例如由美國哈里斯公司生產的icl7650型斬波自穩零式精密運算放大器,hi7195a型帶微處理器的5 1/2位a/d轉換器,均設定了兩個保護環引出端。設計電路時將兩個保護環接地,即可消除印製板上輕微漏電對測量所造成的影響。

5、濾波技術

濾波是指從混有干擾或雜訊的訊號中獲取有用訊號的方法,能實現上述功能的部件叫濾波器。在數字儀表中常見的濾波器主要有三種:無源濾波器,有源濾波器,數字濾波器。

1)無源濾波器

無源濾波器是由r、l、c元件構成的,根據干擾訊號的特點,可選低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。此外還有帶阻濾波器等型別。對於50hz電磁場干擾,可在測控系統輸入端加一級雙t濾波器。

2)有源濾波器

有源濾波器是包含有源器件(例如電晶體、運算放大器)的各種濾波器。與單純使用r、l、c元件的無源濾波器相比,能省去體積龐大的電感元件,便於實現小型化、整合化。有源濾波器適用於較低頻率的濾波。

二階有源帶通濾波器的典型電路參見下圖。

6、隔離技術

所謂隔離技術,是指將雜訊源與訊號線相互隔離開的技術。在微控制器系列中經常採用光耦合器來實現感測器與輸入通道的隔離、i/o介面的隔離及內部電路的隔離。此外,在遠距離傳輸訊號時,也需要採用光電隔離技術。

一種採用光電隔離技術的網路通訊介面電路如下圖所示。在對被傳輸的模擬訊號進行隔離時,宜選用線性光耦合器,其電流傳輸比接近於常數。

此外,在測試系統中還經常用變壓器隔離,繼電器隔離,貝母隔離等技術。

7、抵制傳輸線上的干擾

傳輸線宜選用雙絞線或同軸電纜遮蔽線,儘管雙絞線的頻帶較窄,但其波阻抗高,抗共模干擾能力強,雙絞線上的每個小環路的電磁感應用干擾能相互抵消,並且其分布電容較大,可起到積分電容的效果,因此對電磁場具有一定的抵制作用。使用長傳輸線時需要注意阻抗匹配問題。否則傳輸線上會產生反射波,造成訊號失真。

8、正確選擇接地點

在微控制器測控系統內部,大致有6種地線:訊號線、模擬地、數字地、功率地、交流地和遮蔽地。

設計整機電路時應根據技術條件和實際情況來決定究竟是浮地還是接地,需要採用哪種地線,選擇單點接地還是多點接地。

9、感測器的遮蔽

在工業現場使用整合溫度感測器時,很容易引入干擾。為提高訊雜比,可以給感測器加上遮蔽。有些溫度感測器,採用to-52型金屬殼封裝,並且專有乙個管腳接管殼。

使用時將此腳接地,即可由管殼起來遮蔽作用。對於塑料封裝的整合溫度感測器,必要時可用薄銅管做外遮蔽,把感測器裝入後再用環氧樹脂封固,二者保持絕緣。這種全密封式感測器特別適合測量液體和蒸氣的溫度。

10、塑料機的遮蔽

目前,採用abs工程逆料製成的塑料機箱以其造型美觀,攜帶輕便等優點,深受人們的青睞。為使機箱具有遮蔽作用,可用噴塗、真空、沉積等方法在機箱內表面覆蓋一層導電膜。也可以自己加工遮蔽層,在機箱內表面粘粘一層鋁箔,再與公共地連通。

11、元器件的選擇

為降低元器件的雜訊,應盡量採用金屬膜電阻和低雜訊的有源器件。為了減小溫度漂移,全部元件需經過高、低溫老化處理。必要時,前級放大器、有源濾波器要加溫度補償電路。

a/d轉換器的積分電容應選漏電小、介質損耗因數低的聚丙烯或聚苯乙烯電容。icl7650型精密運放和ic7660型dc/dc轉換器幫浦電容,均應採用鉭電容。

能用低速器件就不用高速器件,高速器件只用在關鍵的地方。

12、消噪電路

帶隙基準電壓源是一種作為電壓基準的高穩定度電壓源,目前正廣泛用於數字儀表、智慧型儀器及測試系統中。在基準電壓輸出端併聯乙隻0.1uf的消噪電容,能濾除高頻雜訊。

當電路的輸出狀態維持不變時允許加到輸入端的雜訊電壓最大值,稱為電壓雜訊容限。雜訊容限愈高,說明器件的抗干擾能力,應盡量cmos電路來代替ttl電路。cmos電路的雜訊容限可達電源電壓的40%,而ttl電路大約只有電源電壓的16%。

13、電源即耦電容

微控制器測控系統中許多電路都是公用乙個直流電源的。這就要求電源線不得在各電路之間引入干擾,並且當負載發生變化時直流電源線上不應產生波動。但實際上很難做到,因為直流電源的內阻抗,並且當負載發生變化時直流電源線上不應產生波動。

但實際上很難做到,因為直流電源的內阻抗和電源引線的交流阻抗不可能為零。利用退耦電容不僅能降低直流電源的內阻抗,還能避免各電路之間通過電源線相互干擾。

在微控制器測控系統中使用了大量的數字ic,而每片數字ic本身都是乙個脈衝干擾源,它們也會通過電源線相互干擾。解決辦法是在印製板電源進線端併聯乙隻10uf~100uf鉭電容進行電源退耦,同時在每個晶元的電源進線端再併聯乙隻高頻、低分布的電感的陶瓷電容,容量一般取0.1uf,當頻率超過15mhz時,可取0.

01jf,電路如圖所示。退耦電容的引腳要盡量短。

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