探索計(jì)量?jī)x表的抗干擾設(shè)計(jì)

1、<p>　　探索計(jì)量?jī)x表的抗干擾設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：計(jì)量?jī)x表廣泛適用于公司溫度、能源、稱重及壓力計(jì)量。在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng), 干擾源往往較多，影響到這些儀表的計(jì)量準(zhǔn)確，所以如何消除這些干擾源，便成為計(jì)量技術(shù)的嶄新課題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 計(jì)量?jī)x表抗干擾 設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TB932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： &l

2、t;/p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　計(jì)量?jī)x表的可靠性由多種原因決定，但提高抗干擾的性能是最有效的方式。要提高計(jì)量?jī)x表的抗干擾性能必須從電源系統(tǒng)的抗干擾、過(guò)程通道的抗干擾、軟件系統(tǒng)的抗干擾措施等諸多方面來(lái)考慮，將干擾降低至最低程度，以提高智能儀表的整機(jī)性能。 </p><p>　　一、常見干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾 </

3、p><p>　　通常來(lái)說(shuō)干擾儀表測(cè)控系統(tǒng)的干擾源主要有電力網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電等引起空間的輻射干擾和系統(tǒng)電源線、信號(hào)引線、接地等引起的系統(tǒng)外引線干擾。這些干擾總體上分為兩大類：外部干擾和內(nèi)部干擾，詳細(xì)分析無(wú)外乎由于輻射、溫度、濕度、振動(dòng)、傳輸、感應(yīng)、電源、接地幾個(gè)方面。下面對(duì)常見的幾種干擾機(jī)制進(jìn)行分析： </p><p>　　來(lái)自空間的輻射干擾對(duì)測(cè)控系統(tǒng)影響主要通過(guò)兩條路徑：一是直接

4、對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)的輻射，由外圍設(shè)備和通信線路的感應(yīng)引入干擾。 </p><p>　　來(lái)自傳輸?shù)母蓴_主要有兩種途徑：一是通過(guò)傳感器供電電源或公用信號(hào)儀表的供電電源即配電器串入的電網(wǎng)干擾；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起元件損壞，邏輯出錯(cuò)和大的系統(tǒng)故障。來(lái)自接地系統(tǒng)的干擾主要是接地系統(tǒng)混亂：測(cè)控系統(tǒng)的屏蔽接地線及機(jī)殼接地線、信號(hào)接地線、功率地線、交流

5、電源地線等引起的噪聲耦合干擾。 </p><p>　　二、計(jì)量?jī)x表的抗干擾設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)干擾形成的三要素(干擾源、敏感器件和傳播路徑) ,在儀表設(shè)計(jì)中只要針對(duì)這三方面采取措施,就可以有效地抑制干擾的影響。 </p><p><b>　　1抑制干擾源 </b></p><p>　　抗干擾設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮和最

6、重要的原則是抑制干擾源,也就是盡可能地減小干擾源的du/ dt 及di/ dt ,這樣做往往會(huì)起到事半功倍的效果。du/ dt 的減小主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn); di/ dt 的減小則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)常見的感性負(fù)載(如繼電器、電機(jī)等) 通常是在其兩端并接火花抑制電路,減小電火花的影響;可控硅的兩端并接RC 抑制電路,也可明顯減低可控硅產(chǎn)生的噪聲;儀表電路設(shè)計(jì)時(shí)在每個(gè)IC 集成塊的電源輸入

7、端并接一個(gè)高頻濾波電容,可減小IC 對(duì)電源的影響。供電電源也是計(jì)量?jī)x表中危害最嚴(yán)重的干擾來(lái)源。電源干擾根據(jù)輸出電壓變化持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短可分為過(guò)壓、欠壓,浪涌、下陷,尖峰電壓,射頻干擾四種。過(guò)壓、欠壓的危害是顯而易見的,但只要采取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓措施一般不難解決;浪涌與下陷是電壓的快變化,由于電源系統(tǒng)中接有反應(yīng)遲緩的磁飽和或交流穩(wěn)壓器,往往會(huì)在這些變化點(diǎn)附近產(chǎn)生振蕩,使得電壓忽高忽低,其解決方法是采用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器;尖峰電壓持續(xù)時(shí)間極短,

8、但對(duì)儀表的危害很大,會(huì)造成邏輯功能的混亂,甚至沖壞原程序,解決方法是使用有噪聲抑制能力的交流電源</p><p>　　2清除干擾傳播路徑 </p><p>　　干擾傳播路徑分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。隨著單片機(jī)工作頻率的越來(lái)越高,儀表過(guò)程通道的長(zhǎng)線傳輸干擾幾乎是無(wú)可避免,為保證長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?可采取光電隔離、雙絞線傳輸和阻抗匹配等抗干擾措施。

9、對(duì)于高頻干擾噪聲,可根據(jù)它和有用信號(hào)的頻帶不同,通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法來(lái)切斷高頻干擾噪聲的傳播。輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。通常的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離、用地線把它們隔離、在敏感器件上加屏蔽罩等。在設(shè)計(jì)中,我們常用如下措施來(lái)切斷干擾傳播路徑。 </p><p>　　(1) 去耦設(shè)計(jì):合理的去耦設(shè)計(jì)能提高儀表的抗干擾能力,濾除因峰值電流跳變而產(chǎn)生的干擾。去耦電容(011μF)

10、直接接在器件的電源和地之間。當(dāng)單片機(jī)工作在擴(kuò)展模式時(shí),總線操作產(chǎn)生的瞬態(tài)電流比較大,還應(yīng)加上1μF 的鉭電容與011μF 的陶瓷電容并聯(lián),同時(shí)在電源處加一個(gè)10μF 的去耦電容。去耦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量接近器件的電源引腳,表面封裝電容具有較小電感,可將其安裝在PCB 的焊接面,這樣與器件/ 地之間的距離最短,可發(fā)揮最好的去耦效果。 </p><p>　　(2) 印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì):對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)應(yīng)妥善地考慮每一元器

11、件的位置和布線、合理分區(qū),把強(qiáng)、弱信號(hào)及數(shù)字、模擬信號(hào)分塊布局,以獲得最好的抗干擾效果。設(shè)計(jì)的一般原則是:把相互有關(guān)的元器件盡量靠在一起,敏感部件要離開可能成為干擾的元器件盡量遠(yuǎn)些;定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器易受電磁干擾影響,要盡量遠(yuǎn)離該電路板上的振蕩器;易產(chǎn)生電磁干擾的元器件、大電流電路應(yīng)盡量遠(yuǎn)離系統(tǒng)的邏輯電路(最好是另做電路板) ;四層板比雙面板的噪聲低20dB ,六層板比四層板噪聲低10dB ,因此經(jīng)濟(jì)允許時(shí)盡量用多層板;因?yàn)镮C 插座有較大

12、的分布電容,盡量不要使用IC 插座,應(yīng)把IC 直接焊在印刷板上。 </p><p>　　(3) 接地技術(shù):合理接地是系統(tǒng)抑制干擾的重要方法,接地的一般原則是:盡可能使接地電路各自形成回路,減少電路與地線之間的電流耦合;恰當(dāng)布置地線使電流局限在盡可能小的范圍;根據(jù)地線電流的大小和信號(hào)頻率的高低,選擇相應(yīng)形狀地線和接地方式。一般在低頻電路(小于1MHz) 中,其布線和元器件間的電感影響較小,因此常采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)

13、頻率大于10MHz 時(shí),必須采用多點(diǎn)接地。高速模擬信號(hào)容易受數(shù)字噪聲的影響,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將模擬電路與數(shù)字電路盡量分開,分別提供電源和地線,這樣在數(shù)字地上產(chǎn)生的壓降不會(huì)影響到模擬輸入信號(hào)。 </p><p>　　3減小敏感器件的干擾拾取 </p><p>　　從敏感器件的角度出發(fā),提高敏感器件的抗干擾性能就是要盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾取量,以及能從不正常狀態(tài)(受干擾噪聲影響所致) 盡快恢復(fù)到正常狀

14、態(tài)的方法。我們常用下面的方法來(lái)提高敏感器件的抗干擾性能。 </p><p>　　(1) 多層PCB 的使用,有助于縮小信號(hào)電流的回路面積,但對(duì)于大多數(shù)低價(jià)格的計(jì)量?jī)x表是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于單面或雙面PCB ,主要采取加大電源線和地線的走線面積及盡量減少回路環(huán)的面積,以減低感應(yīng)噪聲的可能性。 </p><p>　　在智能儀表系統(tǒng)中最敏感的是時(shí)鐘信號(hào),為避免時(shí)鐘信號(hào)被干擾,可采取以下措施:晶振與微處

15、理器的連線要盡可能短而粗;時(shí)鐘線要遠(yuǎn)離I/ O 線,確實(shí)沒(méi)法遠(yuǎn)離時(shí),時(shí)鐘線與I/ O 線垂直比平行干擾要小得多。 </p><p>　　(3) 在滿足系統(tǒng)要求的前提下,盡量降低單片機(jī)的晶振頻率。晶振外殼要接地,在晶振下面要加大接地面積,盡量避免走其它信號(hào)線。 </p><p>　　(4) 閑置不用的門電路輸入端不要懸空; IC 的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源,例如閑置不用的運(yùn)

16、放正輸入端接地、負(fù)輸入端接輸出;CMOS芯片的輸入阻抗高,易受感應(yīng),對(duì)其不用端要接地或接正電源;單片機(jī)不用的I/ O 口可定義成輸出,單片機(jī)閑置的電源、接地端不能懸空。 </p><p>　　(5) 市場(chǎng)出售的元件,很多是可用但性能不佳,這些元件極易受干擾,只能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下工作。因此在選擇元件時(shí), 特別是單片機(jī)、晶振、RAM、EPROM時(shí),應(yīng)選購(gòu)抗干擾性能好的產(chǎn)品。 </p><p>&

17、lt;b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　計(jì)量?jī)x表的開發(fā)過(guò)程中，常常會(huì)碰到一個(gè)很棘手的問(wèn)題：即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下樣機(jī)工作正常，但批量生產(chǎn)并安裝到現(xiàn)場(chǎng)后，儀表卻工作不正常。究其原因，主要是產(chǎn)品開發(fā)時(shí)只注重儀表的功能設(shè)計(jì)，沒(méi)有系統(tǒng)的方法和手段針對(duì)儀表的抗干擾問(wèn)題進(jìn)行同步開發(fā)。隨著計(jì)量?jī)x表在測(cè)控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，儀表可靠性的矛盾日益突出，加強(qiáng)儀表的抗干擾能力顯得越來(lái)越重要。 </p>

18、<p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 何麗華,劉強(qiáng).談智能化儀器儀表的抗干擾[J]. 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置. 1999(04) </p><p>　　[2] 李飛,王保良,黃志堯.對(duì)電磁流量計(jì)中干擾問(wèn)題的討論[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2005(S2) </p><p>　　[3] 張平,謝翔.隔離端子的