傳感器電路的噪聲及其抗幹擾技術研究
發布時間:2011-08-19
中心議題:
- 傳感器電路的內部噪聲
- 傳感器電路的外部幹擾
- 抑製傳感器電路噪聲的措施
- 減少傳感器電路幹擾的措施
解決方案:
- 抑製傳感器電路噪聲的措施
- 減少傳感器電路幹擾的措施
傳chuan感gan器qi電dian路lu很hen容rong易yi接jie收shou到dao外wai界jie或huo內nei部bu一yi些xie無wu規gui則ze的de噪zao聲sheng或huo幹gan擾rao信xin號hao,如ru果guo這zhe些xie噪zao聲sheng和he幹gan擾rao的de大da小xiao可ke以yi與yu有you用yong信xin號hao相xiang比bi較jiao,那na麼me在zai傳chuan感gan器qi電dian路lu的de輸shu出chu端duan有you用yong信xin號hao將jiang有you可ke能neng被bei淹yan沒mei,或huo由you於yu有you用yong信xin號hao分fen量liang和he噪zao聲sheng幹gan擾rao分fen量liang難nan以yi分fen辨bian,則ze必bi將jiang妨fang礙ai對dui有you用yong信xin號hao的de測ce量liang。所suo以yi在zai傳chuan感gan器qi電dian路lu的de設she計ji中zhong,往wang往wang抗kang幹gan擾rao設she計ji是shi傳chuan感gan器qi電dian路lu設she計ji是shi否fou成cheng功gong的de關guan鍵jian。
1 傳感器電路的內部噪聲
1.1 高頻熱噪聲
gaopinrezaoshengshiyouyudaodiantineibudianzidewuguizeyundongchanshengde。wenduyuegao,dianziyundongjiuyuejilie。daotineibudianzidewuguizeyundonghuizaiqineibuxingchenghenduoweixiaodedianliubodong,yinqishiwuxuyundong,gutadepingjunzongdianliuweiling,dandangtazuoweiyigeyuanjian(或作為電路的一部分)被接入放大電路後,其內部的電流就會被放大成為噪聲源,特別是對工作在高頻頻段內的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內,電路的熱噪聲與通頻帶成正比,通頻帶越寬,電路熱噪聲的影響就越大。以一個1 kΩ的電阻為例,如果電路的通頻帶為1 MHz,則呈現在電阻兩端的開路電壓噪聲有效值為4μV(設溫度為室溫T=290 K)。看起來噪聲的電動勢並不大,但假設將其接入一個增益為106倍的放大電路時,其輸出噪聲可達4 V,這時對電路的幹擾就很大了。
1.2 低頻噪聲
低di頻pin噪zao聲sheng主zhu要yao是shi由you於yu內nei部bu的de導dao電dian微wei粒li不bu連lian續xu造zao成cheng的de。特te別bie是shi碳tan膜mo電dian阻zu,其qi碳tan質zhi材cai料liao內nei部bu存cun在zai許xu多duo微wei小xiao顆ke粒li,顆ke粒li之zhi間jian是shi不bu連lian續xu的de,在zai電dian流liu流liu過guo時shi,會hui使shi電dian阻zu的de導dao電dian率lv發fa生sheng變bian化hua引yin起qi電dian流liu的de變bian化hua,產chan生sheng類lei似si接jie觸chu不bu良liang的de閃shan爆bao電dian弧hu。另ling外wai,晶jing體ti管guan也ye可ke能neng產chan生sheng相xiang似si的de爆bao裂lie噪zao聲sheng和he閃shan爍shuo噪zao聲sheng,其qi產chan生sheng機ji理li與yu電dian阻zu中zhong微wei粒li的de不bu連lian續xu性xing相xiang近jin,也ye與yu晶jing體ti管guan的de摻chan雜za程cheng度du有you關guan。
1.3 半導體器件產生的散粒噪聲
由於半導體PN結兩端勢壘區電壓的變化引起累積在此區域的電荷數量改變,從而顯現出電容效應。當外加正向電壓升高時,N區的電子和P區qu的de空kong穴xue向xiang耗hao盡jin區qu運yun動dong,相xiang當dang於yu對dui電dian容rong充chong電dian。當dang正zheng向xiang電dian壓ya減jian小xiao時shi,它ta又you使shi電dian子zi和he空kong穴xue遠yuan離li耗hao盡jin區qu,相xiang當dang於yu電dian容rong放fang電dian。當dang外wai加jia反fan向xiang電dian壓ya時shi,耗hao盡jin區qu的de變bian化hua相xiang反fan。當dang電dian流liu流liu經jing勢shi壘lei區qu時shi,這zhe種zhong變bian化hua會hui引yin起qi流liu過guo勢shi壘lei區qu的de電dian流liu產chan生sheng微wei小xiao波bo動dong,從cong而er產chan生sheng電dian流liu噪zao聲sheng。其qi產chan生sheng噪zao聲sheng的de大da小xiao與yu溫wen度du、頻帶寬度△f成正比。
1.4 電路板上的電磁元件的幹擾
許多電路板上都有繼電器、線xian圈quan等deng電dian磁ci元yuan件jian,在zai電dian流liu通tong過guo時shi其qi線xian圈quan的de電dian感gan和he外wai殼ke的de分fen布bu電dian容rong向xiang周zhou圍wei輻fu射she能neng量liang,其qi能neng量liang會hui對dui周zhou圍wei的de電dian路lu產chan生sheng幹gan擾rao。像xiang繼ji電dian器qi等deng元yuan件jian其qi反fan複fu工gong作zuo,通tong斷duan電dian時shi會hui產chan生sheng瞬shun間jian的de反fan向xiang高gao壓ya,形xing成cheng瞬shun時shi浪lang湧yong電dian流liu,這zhe種zhong瞬shun間jian的de高gao壓ya對dui電dian路lu將jiang產chan生sheng極ji大da的de衝chong擊ji,從cong而er嚴yan重zhong幹gan擾rao電dian路lu的de正zheng常chang工gong作zuo。
1.5 電阻器的噪聲
電阻的幹擾來自於電阻中的電感、電容效應和電阻本身的熱噪聲。例如一個阻值為R的實芯電阻,可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串並聯。一般來說,寄生電容為0.1~0.5 pF,寄生電感為5~8 nH。在頻率高於1 MHz時,這些寄生電感電容就不可忽視了。
各類電阻都會產生熱噪聲,一個阻值為R的電阻(或BJT的體電阻、FET的溝道電阻)未接入電路時,在頻帶寬度B內所產生的熱噪聲電壓為:
式中:k為玻爾茲曼常數;T是絕對溫度(單位:K)。熱噪聲電壓本身是一個非周期變化的時間函數,因此,它的頻率範圍是很寬廣的。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。
另外,電阻還會產生接觸噪聲,其接觸噪聲電壓為:
![]()
式中:I為流過電阻的電流均方值;f為中心頻率;k是與材料的幾何形狀有關的常數。由於Vc在低頻段起重要的作用,所以它是低頻傳感器電路的主要噪聲源。
1.6 晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由於載流子不規則的熱運動通過BJT內3個區的體電阻及相應的引線電阻時而產生。其中rbb''''''''''''''''所產生的噪聲是主要的。
通常所說的BJT中zhong的de電dian流liu,隻zhi是shi一yi個ge平ping均jun值zhi。實shi際ji上shang通tong過guo發fa射she結jie注zhu入ru到dao基ji區qu的de載zai流liu子zi數shu目mu,在zai各ge個ge瞬shun時shi都dou不bu相xiang同tong,因yin而er發fa射she極ji電dian流liu或huo集ji電dian極ji電dian流liu都dou有you無wu規gui則ze的de波bo動dong,會hui產chan生sheng散san粒li噪zao聲sheng。
由(you)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)及(ji)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)水(shui)平(ping)使(shi)得(de)晶(jing)體(ti)管(guan)表(biao)麵(mian)清(qing)潔(jie)處(chu)理(li)不(bu)好(hao)而(er)引(yin)起(qi)的(de)噪(zao)聲(sheng)稱(cheng)為(wei)閃(shan)爍(shuo)噪(zao)聲(sheng)。它(ta)與(yu)半(ban)導(dao)體(ti)表(biao)麵(mian)少(shao)數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)複(fu)合(he)有(you)關(guan),表(biao)現(xian)為(wei)發(fa)射(she)極(ji)電(dian)流(liu)的(de)起(qi)伏(fu),其(qi)電(dian)流(liu)噪(zao)聲(sheng)譜(pu)密(mi)度(du)與(yu)頻(pin)率(lv)近(jin)似(si)成(cheng)反(fan)比(bi),又(you)稱(cheng)1/f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)範圍起主要作用。
[page]
1.7 集成電路的噪聲
集成電路的噪聲幹擾一般有兩種:一種是輻射式,一種是傳導式。這些噪聲尖刺對於接在同一交流電網上的其他電子設備會產生較大影響。噪聲頻譜擴展至100 MHz以上。在實驗室中,可以用高頻示波器(100 MHz以上)觀察一般單片機係統板上某個集成電路電源與地引腳之間的波形,會看到噪聲尖刺峰-峰值可達數百毫伏甚至伏級。
2 傳感器電路的外部幹擾
2.1 電源的幹擾
大多數電子電路的直流電源是由電網交流電源經濾波、wenyahoutigongde。ruguodianyuanxitongmeiyoujingguojinghua,huiduiceshixitongchanshengganrao。tongshi,zaichuanganqiceshixitongfujindedaxingjiaoliudianlishebeideqitingjiangchanshengpinlvhengaodelangyongdianyadiejiazaidianwangdianyashang。ciwai,leidianganyingyehuizaidianwangshangchanshengfuzhihengaodegaopinlangyongdianya。ruguozhexieganraoxinhaoyanzhejiaoliudianyuanxianjinruchuanganqijiekoudianluneibu,jianghuiganraoqizhengchanggongzuo,yingxiangxitongdeceshijingdu。
2. 2 地線的幹擾
傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)各(ge)電(dian)路(lu)往(wang)往(wang)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan),或(huo)者(zhe)雖(sui)然(ran)不(bu)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan),但(dan)不(bu)同(tong)電(dian)源(yuan)之(zhi)間(jian)往(wang)往(wang)共(gong)一(yi)個(ge)地(di),因(yin)此(ci),當(dang)各(ge)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)均(jun)流(liu)過(guo)公(gong)共(gong)地(di)電(dian)阻(zu)(地線導體阻)shibianhuichanshengdianyajiang,gaidianyajiangbianchengweigebufenzhijianxianghuyingxiangdezaoshengganraoxinhao。tongshi,zaiyuanjuliceliangzhong,chuanganqihejianceyibiaozailiangchufenbiejiedi,yushizailiang“地”之間就存在較大的接地電位差,在儀表的輸入端易形成共模幹擾電壓。共模幹擾的來源一般是設備對地漏電、地電位差、線路本身具有對地幹擾等。由於線路的不平衡狀態,共模幹擾會轉換成常模幹擾,較難除掉。
通常傳感器設在生產現場,而顯示、jiludengceliangzhuangzhianzhuangzailixianchangyouyidingjulidekongzhishinei,zheyangxuyaohenchangdexinhaochuanshuxian,xinhaozaichuanshudeguochengzhonghenrongyishoudaoganrao,daozhisuochuanshudexinhaofashengjibianhuoshizhen。changxianxinhaochuanshusuoyudaodeganraoyou:
(1)周圍空間電磁場對長線的電磁感應幹擾。
(2)信號線間的串擾。當強信號線(或信號變化速度很快的線)與弱信號線靠得很近時,通過線間分布電容和互感產生線間幹擾。
(3)長線信號的地線幹擾。信號線越長,則信號地線也越長,即地線電阻較大,形成較大的電位差。
2.4 空間電磁波的幹擾
空間電磁波幹擾主要有:
(1)雷電、大氣層的電場變化、電離層變化及太陽黑子的電磁輻射等;
(2)區域空間中通信設備、電視、雷達等通過天線發射強烈的電磁波;
(3)局部空間電磁波對電路、設備產生的幹擾,如氖燈、熒光燈等氣體放電設施產生的輝光放電幹擾,弧光放電產生的電波形成的幹擾。
3 抑製傳感器電路噪聲的措施
3.1 根據不同工作頻率合理選擇噪聲低的半導體元器件
在zai低di頻pin段duan,晶jing體ti管guan由you於yu存cun在zai勢shi壘lei電dian容rong和he擴kuo散san電dian容rong等deng問wen題ti,噪zao聲sheng較jiao大da。而er結jie型xing場chang效xiao應ying管guan因yin為wei是shi多duo數shu載zai流liu子zi導dao電dian,不bu存cun在zai勢shi壘lei區qu的de電dian流liu不bu均jun勻yun問wen題ti。而er且qie柵zha極ji與yu導dao電dian溝gou間jian的de反fan向xiang電dian流liu很hen小xiao,產chan生sheng的de散san粒li噪zao聲sheng很hen小xiao。故gu在zai中zhong、低(di)頻(pin)的(de)前(qian)級(ji)電(dian)路(lu)中(zhong)應(ying)采(cai)用(yong)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan),不(bu)但(dan)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)還(hai)可(ke)以(yi)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)。另(ling)外(wai)如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)晶(jing)體(ti)管(guan)等(deng)半(ban)導(dao)體(ti)元(yuan)件(jian),一(yi)定(ding)要(yao)經(jing)過(guo)對(dui)比(bi)選(xuan)擇(ze),即(ji)使(shi)型(xing)號(hao)相(xiang)同(tong)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)參(can)數(shu)也(ye)是(shi)有(you)差(cha)別(bie)的(de)。同(tong)樣(yang),電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)碳(tan)膜(mo)電(dian)阻(zu)與(yu)金(jin)屬(shu)膜(mo)電(dian)阻(zu)的(de)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)也(ye)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de),金(jin)屬(shu)膜(mo)電(dian)阻(zu)的(de)噪(zao)聲(sheng)比(bi)碳(tan)膜(mo)的(de)要(yao)小(xiao),特(te)別(bie)是(shi)在(zai)前(qian)級(ji)小(xiao)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)時(shi),可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)用(yong)噪(zao)聲(sheng)小(xiao)的(de)金(jin)屬(shu)膜(mo)電(dian)阻(zu)。
3.2 根據不同的工作頻段、參數選擇適當的放大電路
選擇適當的放大電路不僅對本級電路有直接影響,對整個電路的工作參數、gongzuozhuangtaidouhuichanshengzhongyaoyingxiang。rugongshezutailianjieshi,dianluyoujiaogaodefangdazengyi,tongshitadezaoshengduihoujideyingxiangjiaoxiao。ergongjizutaishiyoujiaogaodeshuruzukangtongshiyeyoujiaohaodepinxiang。yincigenjubutongdedianluduicanshuyingyoubutongyaoqiu,xuanzehaodedianlu,bujinkeyijianhuaxianlujiegou,tongshiyekeyijianshaozaoshengduizhenggedianludeganrao。zaidianluxingnengcanshuyunxudetiaojianxia,jinkenengcaiyongkangganraonenglijiaohaodeshuzidianlu。
3.3 傳感器電路中加入濾波環節
在zai放fang大da電dian路lu中zhong,頻pin帶dai越yue寬kuan,噪zao聲sheng也ye越yue大da,而er有you用yong信xin號hao的de頻pin率lv往wang往wang在zai一yi定ding範fan圍wei內nei,故gu可ke在zai電dian路lu中zhong加jia入ru濾lv波bo環huan節jie,濾lv除chu或huo盡jin可ke能neng衰shuai減jian幹gan擾rao信xin號hao,以yi達da到dao提ti高gao信xin噪zao比bi抑yi製zhi幹gan擾rao的de目mu的de。濾lv波bo技ji術shu對dui抑yi製zhi經jing導dao線xian耦ou合he到dao電dian路lu的de幹gan擾rao特te別bie有you效xiao,將jiang相xiang應ying頻pin帶dai的de濾lv波bo器qi接jie入ru信xin號hao傳chuan輸shu通tong道dao中zhong,各ge種zhong濾lv波bo器qi是shi抑yi製zhi差cha模mo幹gan擾rao的de有you效xiao措cuo施shi之zhi一yi。在zai自zi動dong檢jian測ce係xi統tong中zhong常chang用yong的de濾lv波bo器qi有you:
(1)RC濾波器。當信號源為熱電偶、應變片等信號變化緩慢的傳感器時,利用小體積、低成本的無源RC濾波器將會對串模幹擾有較好的抑製效果。
(2)交流電源濾波器。電源網絡吸收了各種高、低頻噪聲,對此常用LC濾波器來抑製混入電源的噪聲,例如100μH的電感、0.1 μF的電容組成的高頻濾波器能吸收中短波段的高頻噪聲幹擾。
(3)直zhi流liu電dian源yuan濾lv波bo器qi。直zhi流liu電dian源yuan往wang往wang為wei幾ji個ge電dian路lu所suo共gong用yong,為wei了le避bi免mian通tong過guo電dian源yuan內nei阻zu造zao成cheng幾ji個ge電dian路lu間jian相xiang互hu幹gan擾rao,應ying該gai在zai每mei個ge電dian路lu的de直zhi流liu電dian源yuan上shang加jia上shangRC或LC退耦濾波器,用來濾除低頻噪聲。
3.4 通過負反饋電路來抑製噪聲
負反饋電路可以通過反饋信號的取樣、控kong製zhi來lai穩wen定ding電dian路lu,提ti高gao放fang大da器qi的de信xin噪zao比bi,使shi放fang大da電dian路lu的de動dong態tai性xing能neng獲huo得de多duo方fang麵mian的de改gai善shan。負fu反fan饋kui信xin號hao可ke以yi穩wen定ding電dian路lu的de靜jing態tai工gong作zuo點dian,從cong而er穩wen定ding電dian路lu的de溫wen度du、電流、dianyadengduoxiangcanshu。zaiduojidianluzhong,diyijidianluyinweishiyuanshixiaoxinhao,yincijingchangcaiyongdeshiyoujiaodazengyidegongshedianluzutai。chufeishiteshuxuyao,gongshezutaidianluwangwangshibujiafufankuide。suoyidiyijidianluchanshengdezaoshengzhinengtongguohoujidefufankuidianlulaiyizhi。duiyuduojidianlueryan,tongguofufankuixinhaowendingbenjidejingtaigongzuodian,keyiyizhibenjidianluzaoshengdechanshenghechuanbo。yincizaiduojidianluzhong,fufankuidianlushiyizhizaoshengdeyigezhongyaoshouduan。
3.5 抑製和減少輸入端偏置電路的噪聲
shuruduanpianzhidianluzaoshengyibanshiyoushuruduanpianzhifenliudianzuchanshengde。dangliuguopianzhidianzudezhiliudianliuguodashijiuhuishinengliangguoshengcongerchanshengdianliuzaosheng。ruguoxuanzeheshidepianzhidianlu,zaoshengjiukeyitongguopangludianrongduanjierudi,keyiyizhizaoshengshuchu,jianxiaoduixiayijidianludeyingxiang。lingwaiyouzhidexinhaoyuanyeshidianlukangganraodezhongyaobaozheng。
[page]
4 減少傳感器電路幹擾的措施
4.1 合理布局
合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互幹擾,同時也使對幹擾信號的濾除變得相對簡單。
4.1.1 地線布置的抗幹擾措施
為(wei)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)由(you)於(yu)地(di)線(xian)布(bu)設(she)不(bu)合(he)理(li)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao),在(zai)設(she)計(ji)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)時(shi),應(ying)當(dang)盡(jin)量(liang)避(bi)免(mian)不(bu)同(tong)回(hui)路(lu)的(de)電(dian)路(lu)同(tong)時(shi)流(liu)經(jing)某(mou)一(yi)段(duan)共(gong)用(yong)地(di)線(xian)。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)和(he)大(da)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)中(zhong),更(geng)要(yao)講(jiang)究(jiu)地(di)線(xian)的(de)接(jie)法(fa)。把(ba)“交流地”和“直流地”分開,是減少噪聲通過地線串擾的有效方法。
4.1.2 電源布線的抗幹擾措施
在布線時,首先要將交流電源部分與直流電源部分分開,不要共用接地導線,就是把“交流地”和“直流地”分(fen)開(kai),減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)通(tong)過(guo)地(di)線(xian)串(chuan)擾(rao)。另(ling)外(wai),在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)回(hui)路(lu)中(zhong),負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)。配(pei)置(zhi)去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)因(yin)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)。具(ju)體(ti)配(pei)置(zhi)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)接(jie)一(yi)個(ge)10~100μF的電解電容,如果印製電路板的位置允許,采用100μFyishangdedianjiedianrongdekangganraoxiaoguohuigenghao。zaidianyuanxianbuxianshi,genjuyinzhidianlubandianliudedaxiao,jinliangjiacudianyuanxiankuandu,jianshaohuanludianzu。tongshi,shidianyuanxian、地線的走線和數據信號傳遞的方向一致,有助於增強抗幹擾能力。
4.1.3 元器件布局的抗幹擾措施
(1)抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao。相xiang互hu可ke能neng產chan生sheng影ying響xiang或huo幹gan擾rao的de元yuan器qi件jian,應ying當dang盡jin量liang分fen開kai或huo采cai取qu屏ping蔽bi措cuo施shi。要yao設she法fa縮suo短duan高gao頻pin部bu分fen元yuan器qi件jian之zhi間jian的de連lian線xian,減jian小xiao它ta們men的de分fen布bu參can數shu和he相xiang互hu間jian的de電dian磁ci幹gan擾rao(如果需要對高頻部分使用金屬屏蔽罩,還應該在板上留出屏蔽罩占用的麵積)。易受幹擾的元器件不能離得太近。強電部分(220 V)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級和輸出級的元件應當盡量分開。直流電源引線較長時,要增加濾波元件,防止50 Hz幹擾。揚聲器、電磁鐵、永磁式儀表等元件會產生恒定磁場,高頻變壓器、繼(ji)電(dian)器(qi)等(deng)會(hui)產(chan)生(sheng)交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang)。這(zhe)些(xie)磁(ci)場(chang)不(bu)僅(jin)對(dui)周(zhou)圍(wei)元(yuan)件(jian)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao),同(tong)時(shi)對(dui)周(zhou)圍(wei)的(de)印(yin)製(zhi)導(dao)線(xian)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。這(zhe)類(lei)幹(gan)擾(rao)要(yao)根(gen)據(ju)情(qing)況(kuang)區(qu)別(bie)對(dui)待(dai),一(yi)般(ban)應(ying)該(gai)注(zhu)意(yi)幾(ji)點(dian):減少磁力線對印製導線的切割,確定兩個電感類元件的位置時,盡量使它們的磁場方向相互垂直,減少彼此間的耦合;對幹擾源進行磁屏蔽,屏蔽罩要良好接地;使用高頻電纜直接傳輸信號時,電纜的屏蔽層應一端接地。
(2)抑(yi)製(zhi)熱(re)幹(gan)擾(rao)。溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)造(zao)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao),在(zai)印(yin)製(zhi)板(ban)設(she)計(ji)中(zhong)也(ye)應(ying)該(gai)引(yin)起(qi)注(zhu)意(yi)。在(zai)排(pai)版(ban)設(she)計(ji)印(yin)製(zhi)板(ban)的(de)時(shi)候(hou),應(ying)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)進(jin)行(xing)元(yuan)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)熱(re)隔(ge)離(li)。比(bi)如(ru)對(dui)於(yu)溫(wen)度(du)敏(min)感(gan)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian),如(ru)晶(jing)體(ti)管(guan)、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等,不宜放在熱源附近或設備內的上部。電路長期工作引起溫度升高,會影響這些元器件的工作狀態及性能。
4.2 屏蔽技術
采用屏蔽技術可以有效防止電場或磁場的幹擾。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。
4.2.1 靜電屏蔽
yongtonghuolvdengdaodianxinglianghaodejinshuweicailiao,zhizuomibidejinshurongqi,bingyudixianlianjie,baxuyaobaohudedianluzhiyuqizhong,shiwaibuganraodianchangbuyingxiangqineibudianlu,fanguolai,neibudianluchanshengdedianchangyebuhuiyingxiangwaidianlu。liruchuanganqiceliangdianluzhong,zaidianyuanbianyaqidechujihecijizhijiancharuyigeliuyoufengxidedaoti,bingbatajiedi,keyifangzhiliangraozuzhijiandejingdianouhe。
4.2.2 電磁屏蔽
duiyugaopinganraocichang,liyongdianwoliuyuanli,shigaopinganraodiancichangzaipingbijinshuneichanshengdianwoliu,xiaohaoganraocichangdenengliang,woliucichangdixiaogaopinganraocichang,congershibeibaohudianlumianshougaopindiancichangdeyingxiang。ruodiancipingbicengjiedi,tongshijianyoujingdianpingbidezuoyong。chuanganqideshuchudianlanyibancaiyongtongzhiwangzhuangpingbi,jiyoujingdianpingbiyouyoudiancipingbidezuoyong。pingbicailiaobixuxuanzedaodianxingnenglianghaodedidianzucailiao,rutong、鋁或鍍銀銅等。
4.2.3 低頻磁屏蔽
ganraoruweidipincichang,zheshidedianwoliuxianxiangbutaimingxian,zhiyongshangshufangfakangganraoxiaoguobingbutaihao,yincibixucaiyongcaiyonggaodaocicailiaozuopingbiceng,yibianbadipinganraociganxianxianzhizaicizuhenxiaodecipingbicengneibu,shibeibaohudianlumianshoudipincichangouheganraodeyingxiang。chuanganqijianceyiqidetiepiwaikejiuqidipincipingbidezuoyong。ruojinyibujiangqijiedi,youtongshiqijingdianpingbihediancipingbidezuoyong。
基於以上3種(zhong)常(chang)用(yong)的(de)屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu),因(yin)此(ci)在(zai)幹(gan)擾(rao)比(bi)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)的(de)地(di)方(fang),可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)複(fu)合(he)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan),即(ji)外(wai)層(ceng)是(shi)低(di)頻(pin)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)層(ceng),內(nei)層(ceng)是(shi)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)層(ceng),達(da)到(dao)雙(shuang)重(zhong)屏(ping)蔽(bi)的(de)作(zuo)用(yong)。例(li)如(ru)電(dian)容(rong)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)時(shi)其(qi)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)是(shi)必(bi)須(xu)解(jie)決(jue)的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti),否(fou)則(ze)其(qi)傳(chuan)輸(shu)效(xiao)率(lv)、lingmindudouyaobiandi,bixuduichuanganqijinxingjingdianpingbi,erqidianjiyinchuxianjiucaiyongshuangcengpingbijishu,yibanchengzhiweiqudongdianlanjishu。yongzhezhongfangfakeyiyouxiaodekefuchuanganqizaishiyongguochengzhongdejishengdianrong。
[page]
4.3 接地技術
接(jie)地(di)技(ji)術(shu)是(shi)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)有(you)效(xiao)技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi),是(shi)屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)的(de)重(zhong)要(yao)保(bao)證(zheng)。正(zheng)確(que)的(de)接(jie)地(di)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)外(wai)來(lai)幹(gan)擾(rao),同(tong)時(shi)可(ke)提(ti)高(gao)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing),減(jian)少(shao)係(xi)統(tong)自(zi)身(shen)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)因(yin)素(su)。接(jie)地(di)的(de)目(mu)的(de)有(you)兩(liang)個(ge):安全性和抑製幹擾。因此接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。保護接地以安全為目的,傳感器測量裝置的機殼、底盤等都要接地。要求接地電阻在10 Ω以下;屏蔽接地是幹擾電壓對地形成低阻通路,以防幹擾測量裝置。接地電阻應小於0.02Ω;信(xin)號(hao)接(jie)地(di)是(shi)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)的(de)零(ling)信(xin)號(hao)電(dian)位(wei)的(de)公(gong)共(gong)線(xian),它(ta)本(ben)身(shen)可(ke)能(neng)與(yu)大(da)地(di)是(shi)絕(jue)緣(yuan)的(de)。信(xin)號(hao)地(di)線(xian)又(you)分(fen)為(wei)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)地(di)線(xian)和(he)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)地(di)線(xian),模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)較(jiao)弱(ruo),故(gu)對(dui)地(di)線(xian)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao);數字信號一般較強,故對地線要求可低一些。
不同的傳感器檢測條件對接地的方式也有不同的要求,必須選擇合適的接地方法,常用接地方法有一點接地和多點接地。
4.3.1 一點接地
在(zai)低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong)一(yi)般(ban)建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)一(yi)點(dian)接(jie)地(di),它(ta)有(you)放(fang)射(she)式(shi)接(jie)地(di)線(xian)和(he)母(mu)線(xian)式(shi)接(jie)地(di)線(xian)路(lu)。放(fang)射(she)式(shi)接(jie)地(di)就(jiu)是(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)各(ge)功(gong)能(neng)電(dian)路(lu)直(zhi)接(jie)用(yong)導(dao)線(xian)與(yu)零(ling)電(dian)位(wei)基(ji)準(zhun)點(dian)連(lian)接(jie);母mu線xian式shi接jie地di就jiu是shi采cai用yong具ju有you一yi定ding截jie麵mian積ji的de優you質zhi導dao體ti作zuo為wei接jie地di母mu線xian,直zhi接jie接jie到dao零ling電dian位wei點dian,電dian路lu中zhong的de各ge功gong能neng塊kuai的de地di可ke就jiu近jin接jie在zai該gai母mu線xian上shang。這zhe時shi若ruo采cai用yong多duo點dian接jie地di,在zai電dian路lu中zhong會hui形xing成cheng多duo個ge接jie地di回hui路lu,當dang低di頻pin信xin號hao或huo脈mai衝chong磁ci場chang經jing過guo這zhe些xie回hui路lu時shi,就jiu會hui引yin起qi電dian磁ci感gan應ying噪zao聲sheng,由you於yu每mei個ge接jie地di回hui路lu的de特te性xing不bu同tong,在zai不bu同tong的de回hui路lu閉bi合he點dian就jiu產chan生sheng電dian位wei差cha,形xing成cheng幹gan擾rao。為wei避bi免mian這zhe種zhong情qing況kuang,最zui好hao采cai用yong一yi點dian接jie地di的de方fang法fa。
chuanganqiyuceliangzhuangzhigouchengyigewanzhengdejiancexitong,danliangzhezhijiankenengxiangjujiaoyuan。youyugongyexianchangdadidianliushifenfuza,suoyizheliangbufenwaikedejiedadidianzhijiandedianweiyibanshibuxiangtongde;ruojiangchuanganqiyuceliangzhuangzhidelingdianweizailiangchufenbiejiedi,jiliangdianjiedi,zehuiyoujiaodadedianliuliuguoneizuhendidexinhaochuanshuxianchanshengyajiang,zaochengchuanmoganrao。yincizhezhongqingkuangxiayeyinggaicaiyongyidianjiedifangfa。
4.3.2 多點接地
yibanjianyigaopindianlucaiyongduodianjiedi。gaopinshi,jishiyixiaoduandixianyejiangyoujiaodadezukangyajiang,jiashangfenbudianrongdezuoyong,bukenengshixianyidianjiedi,yincikecaiyongpingmianshijiedifangshi,jiduodianjiedifangshi,liyongyigelianghaodedaodianpingmianti(如采用多層線路板中的一層)jiezhilingdianweijizhundianshang,gegaopindianludedijiujinjiezhigaidaodianpingmiantishang。youyudaodianpingmiantidegaopinzukanghenxiao,jibenbaozhenglemeiyichudianweideyizhi,tongshijiashepangludianrongdengjianshaoyajiang。yinci,zhezhongqingkuangyaocaiyongduodianjiedifangshi。
4.4 隔離技術
zaijiekoudianluzhong,ruchuxianliangdianyishangjiedishi,kenengyinrugongzuouheganraohedihuanludianliuganrao。yizhizheleiganraodefangfashicaiyonggelijishu。tongchangyoudiancigeliheguangdiangeliliangzhong。
4.4.1 電磁耦合隔離
利用隔離變壓器來切斷環流,由於地環路則被切斷,兩電路有獨立的地電位基準,因而不會造成幹擾,信號通過耦合形式進行傳遞。
4.4.2 光電耦合隔離
光電耦合器是一種電-光-電(dian)的(de)耦(ou)合(he)器(qi)件(jian),它(ta)由(you)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)和(he)光(guang)電(dian)晶(jing)體(ti)管(guan)封(feng)裝(zhuang)組(zu)成(cheng),其(qi)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)在(zai)電(dian)氣(qi)上(shang)是(shi)絕(jue)緣(yuan)的(de),因(yin)此(ci),這(zhe)種(zhong)器(qi)件(jian)除(chu)了(le)用(yong)於(yu)做(zuo)光(guang)電(dian)控(kong)製(zhi)外(wai),現(xian)在(zai)被(bei)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)用(yong)於(yu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)抗(kang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。這(zhe)樣(yang)即(ji)使(shi)輸(shu)入(ru)回(hui)路(lu)有(you)幹(gan)擾(rao),隻(zhi)要(yao)它(ta)在(zai)門(men)限(xian)之(zhi)內(nei),就(jiu)不(bu)會(hui)對(dui)輸(shu)出(chu)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)。
4.5 其他抗幹擾技術
(1)穩壓技術。目前智能傳感器及儀器儀表開發中常用的穩壓電源有兩種:一種是由集成穩壓芯片提供的串聯調整電源,另一種是DC-DC穩壓電源,這對防止電網電壓波動幹擾儀器正常工作十分有效。
(2)抑製共模幹擾技術。采用差分放大器,提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號源內阻可大大降低共模幹擾的影響。
(3)軟(ruan)件(jian)補(bu)償(chang)技(ji)術(shu)。外(wai)界(jie)因(yin)素(su)如(ru)溫(wen)濕(shi)度(du)變(bian)化(hua)等(deng)也(ye)會(hui)引(yin)起(qi)某(mou)些(xie)參(can)數(shu)的(de)變(bian)化(hua),造(zao)成(cheng)偏(pian)差(cha)。可(ke)以(yi)利(li)用(yong)軟(ruan)件(jian)根(gen)據(ju)外(wai)界(jie)因(yin)素(su)的(de)變(bian)化(hua)和(he)誤(wu)差(cha)曲(qu)線(xian)進(jin)行(xing)修(xiu)正(zheng),去(qu)掉(diao)幹(gan)擾(rao)。
5 結語
抗幹擾是一個非常複雜、shijianxinghenqiangdewenti,yizhongganraoxianxiangkenengshiyouruoganyinsuyinqide。yinci,zaichuanganqidianluyijicekongxitongdeshejizhong,bujinyingyuxiancaiqukangganraocuoshi,zaitiaoshiguochengzhonghaiyingjishifenxichuyudaodexianxiang,duichuanganqijiqixitongdedianluyuanli、具體布線、屏蔽、電源的抗幹擾能力、數字地或模擬地的處理以及防護形式不斷改進,以提高電路的可靠性和穩定性。
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
- 2026藍牙亞洲大會暨展覽在深啟幕
- 新市場與新場景推動嵌入式係統研發走向統一開發平台
- 維智捷發布中國願景
- 2秒啟動係統 • 資源受限下HMI最優解,米爾RK3506開發板× LVGL Demo演示
- H橋降壓-升壓電路中的交替控製與帶寬優化
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall

