数字电路的干扰及抑制.docx
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数字电路的干扰及抑制
数字电路的干扰及抑制
随着数字化的普及日益推广,数字电路广泛的应用于各个领域,保证数字电路可靠正常的运行,对保证仪器与大功率的机器等可靠稳定的运行起着至关重要的作用,文章就将数字电路中出现的一些干扰以及抑制方法进行分析。
1干扰
干扰可以分为外部干扰和内部干扰,外部干扰可以分为外部干扰、电源干扰、地线干扰,静电干扰。
内部干扰分为瞬态电流干扰、窜扰、反射等。
1外部干扰是指周围环境通过辐射或耦合,经过电源线或地线、信号线进人数字电路系统内部而形成的干扰。
2电源干扰是指直流电源对数字电路引起的干扰,通常为直流电源滤波不佳、电压不稳定或电源变压器50Hz交流电所引起的。
3地线干扰,当频率较高时,导线阻抗远大于直流电阻。
在实际电路中,造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号,脉冲信号包含丰富的高频成分,因此会在地线上产生较大的电压。
对于数字电路而言,其工作频率是很高的,因此地线阻抗对数字电路的影响很大。
对于射频电流,当电流流过地线时,电压降也是很大的。
由于地线布置不合理,沿地线叠加的干扰电流或干扰电压超过电路的噪声容限,使电路的输入端引起的干扰。
2外部干扰的抑制
外部干扰的抑制
使逻辑部件远离大功率器件,并且把数字电路加金属外壳屏蔽并且接地,数字音频接收机放置在屏蔽的室内并且机器的外壳接地,从而大大的消除了外部强磁场的干扰。
对电源线的引入采用去藕措施。
即用Rc或LC滤波环节消除或抑制直流电源回路因为负载变化而引起的干扰。
这种方法对TTL的数字电路常用,具体的方法是电源的输入端与地之间并接一个5~50微法的电容,以减少瞬变电流产生的影响。
为了跟有效的抑制电源中的高频分量,并接一个微法的电容,有时还串接一个5-10欧姆的电阻,组成RC去耦环节,还可以在紧靠逻辑们的电源线上并接取耦电容。
选用大电容小电感的电源线,可以用较宽的巨形截面的导线来代替圆截面的导线,铺设电源线尽量与地线或地面平行,布线的距离尽量的短,使电源线具有低的动态电阻。
对开关、接点信号采用滤波电容或加施密特触发器作为输入缓冲来抑制,短线输入时,一般加RC输入回路滤波。
当继电器或开关的机械触点与集成电路输入端相连时,为了防止机械触点颤抖干扰而影响数字电路的工作,常采用无抖动开关来抑制干扰。
电源干扰的抑制
低通滤波器,由Lc组成的低通滤波器能把50Hz电源中的高频噪声滤除掉,对共模和差模噪声都有很好的抑制。
电源线与地线
平行走线,有利于减小电感。
因为在高频的情况下,电感的感应很大,在脉冲边沿非常快的情况下,可以产生高的感应电压。
电源变压器的一次绕组与二次绕组间采用屏蔽层,并且可靠接地〔屏蔽层不可以短接形成回路,以免烧毁变压器线圈〕,在电源变压器前加接电源滤波器,以滤出高次谐波干扰。
采用UPS稳压
电源等高稳定度、低输岀阻抗的直流电源,以减少电源开启时瞬时过流冲击,并且缩短瞬时过电流冲击的时间。
机房发现节目输出监听有杂音,经改换UPS供电后,杂音消失。
尽量采用粗而短的和动态电阻小的电源线。
地线干扰抑制
1抑制的方法是布置合理的地线,接地所依据的一个原那么确保有一个低阻抗的输入回路。
使导线贴近地面布置,有利于减消导线之间的耦合。
假设采用接大地的方式接地,那么电路的接地端均需要地电阻导体可靠而牢固的连接大地的公共端。
所有机器箱体的接地必须采用公共的一个地,否那么会产生悬浮电位,造成干扰,尤其在大功率发射机的箱体。
2切断地回路的方法是用光实现信号的传输,这是目前解决地回路干扰问题最理想的方法。
用光连接有两种方法,一是采用光耦器件,二是采用光纤连接。
光电偶合器利用了发光二极管的发光强度随通过它的电流变化的特性,即把电路中的信号电流变换成强弱不同的光信号,光敏三极管再把强弱不同的光信号转换
成相应的信号电一流,至此完成传输。
光纤的突出优点是其具有无感应性和高层隔离性,它能从本质上消除电磁干扰。
但值得引起注意的
是,当光导体入户和光电转换设备相连接时,应对其屏蔽体及加强芯采取适当的接地处理,以防止由于雷击、静电感应等原因造成干扰而危害其它设备。
3使用共模扼流圈,在连接电缆上使用共模扼流圈能有效地
抑制地环路干扰。
因为在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地
环路的阻抗,这在一定的地线电压作用下,地回电流将有所减小。
但
的隔离效果会很差。
共模扼流圈的匝数越多,寄生电容越大,高频隔离效果越差。
4公共阻抗耦合干扰的抑制。
抑制公共阻抗耦合的途径有两个:
一是尽可能降低公共地线的阻线;二是对防止不同频设备电路共用地。
其分述如下:
减小公共地线局部的阻抗采用此种方法,公共地线上的电压
会随之减小,从而使公共阻抗耦合受到控制。
减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。
因此,在实际操作过程中可使用扁平导体做地
线或用多条相距较远的并联导体作接地线。
接地线的长
度应尽量缩短,以减小由地线产生的感抗。
防止容易相互干扰的电路共用地线,一般情况下,应防止强电电路和弱电电路、数字电路和模拟电路共用地线。
消除公共阻抗的接地多采用并联共用接地,但这种方法存在明显的缺陷:
接地导线过多,线路敷设难以到达理想效果。
因此在实际处理中,没有必要将所有电子设备都并联单点接地,对于相互干扰较少的电路,可以采用串联单点接地。
例如,可以将电路按照强信号、弱信号、模拟信号、数字信号等进行分类,然后在同类电路内部采用串联单点接地,而对不同类型的电路那么采用并联单点接地。
5地环路干扰的抑制,从地环路干扰产生的原因可知,只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰。
如果能彻底消除地环路中的电流,那么可以彻底解决地环路干扰的问题。
采取变压器实现信号传输。
铁芯饱和变压器的磁一电变换瞬间失效,其不能传输到电路
另一端,从而保护了另一端的设备。
在地回路含有直流量较多或信号频率很低时,可使用中和变压器。
但要注意,变压器初次级之间的寄生电容仍然能够为频率较高的地回路电流提供通路,因
此变压器隔离的方法对高频地回路电流的抑制效果较差。
虽然在
变压器的初次级之间设置屏蔽层可以提高变压器高频隔离效果,但一定要注意使隔离变压器屏蔽层的接地端处在接受电路一端。
否那么,不仅不能改善高频隔离效果,还可能使高频耦合更加严重。
因此,要将变压器安装在信号接收设备的一侧。
经过良好屏蔽的
变压器可以对以下的低频干扰提供有效的隔离。
6数字地要与模拟地尽量要分开,因为模拟系统中,当负载电流发生变化时,会产生电流间锋信号。
工作接地和强电流接地要尽可能远离,更不要接在同一个地上,要分别人地网,因为当器件开关时,会产生电流尖脉冲,影响数字设备的正常运行。
同时数字地一般不借机壳而“悬浮〞,机壳与单独的保护地相连,要求接地电阻不大于4欧姆。
7信号地连接时,同一个设备信号输入端的地与输出端的地不能接在一起,两级设备级连时,前端设备输出端的地与后级设备输入端的地相连接〔当前级设备输入端和后级设备的输出端接地时,相连处不再接地〕。
必要时采取单端接地,否那么信号可能通过地线形成反应,引起信号的浮动。
静电干扰的抑制
对数字设备而言,如果静电放电不能有效接地,肯定不能正常工作,北方枯燥地区,多风少雨,空气湿度小,容易产生静电,对静电最敏感的是控制信号和设备的同步信号,静电放电产生的瞬间高压,能使控制信号中断,使同步信号失锁。
除去静电的措施有:
安装防静电地板,工作人员穿防静电工作服,戴金属手链,控制室内湿度,湿度一般控制在40%~60%RH枯燥的屋内要价加湿器,以减少静电积累。
不要使用气泡式塑料包装电子模块。
不要拿着电子模块在地毯上行走,电子模块不要与绝缘材料相接触,千万不要拿合成布或塑料纸来擦拭模块。
在春季易产生静电的时候,先拿随身携带的钥匙或金属器件,接触金属导体使之放电,即保护了设备,同时又防止了放电对身体的刺激。
温度影响的抑制
设备一定要保持有良好的环境温度。
温度太高,容易造成设备不能正常运行。
3数字电路的内部干扰及抑制
数字电路的内部干扰包括瞬态电流干扰、窜扰、反射。
瞬态电流干扰是由电路的过渡过程引起的,如TTL集成电路在状态转换时引起尖峰电流,负载电容充放电时的瞬变电流等,干扰随着工作速度提高而增加。
瞬态电流比静态电流大得多,不仅增加电流的功耗,而且给电源带来干扰。
窜扰是当几根较长的信号线〔大于数厘米的长度〕平行布线紧靠在一起时,一根信号线的信号通过互感和互容电磁耦合到邻近线上产生干扰。
窜扰的大小与信号电平大小、脉冲宽度、传输时间、上升时间、信号的频率、传输线阻抗以及信号线的形式有关,频率越高,阻抗越高,窜扰的干扰就越大。
实践和理论证明,双绞线对窜扰的抑制能力较强。
反射是因为信号在传输线上反射引起的干扰。
数字电路中互联导线可以看成传输线当门电路的信号,传输线大于Im,上升
和下降小于Ins时,必须考虑信号的反射。
产生反射信号的原因是输出器件、传输线与接收器件间的阻抗不匹配。
另外长的传输线的分布电容、分布电感较大,荣日产生LC振荡,致使产生信
号延迟、振荡信号波形不良等现象。
甚至使门电路动作延迟而造成输出错误。
瞬态电流干扰抑制
采用电源去耦措施,即在电源线和地线之间并接一个50微
法和o.oro.1微法的电容。
以电源线上干扰尖峰不能使输出状态发生变化为原那么。
布线时,连线尽量短,尽量减少不必要的杂散电容。
有大电容负载时,串接限流保护电阻Ro防止关断电源或电源电压下降时,电容上的电压高于电源电压情况的出现。
集成电路的不用输入端会起到天线的作用。
对于时序电路而言,瞬态电流干扰会使电路产生误动作。
故不用的Ic输入端不允许悬空,必须按逻辑功能接地或接电源,或者与信号端并联使用。
TrL、CMO器件开关动作电源电流变化非常大,公共阻抗会产生较大的干扰,必须使用公共阻抗地。
窜扰抑制的措施
尽量减少线路间连线长度。
采用双绞线或同轴电缆线作为信号线。
信号接收线和发送线间,或同信号线间尽可能防止平行走线,采用分散、交叉形式走线。
在必须走长线且平行的状况下,尽可能的靠近地走线,并且尽量减小平行段的长度。
在信号输入处加接施密特触发器,利用它具有可变阈值的特性来消除窜扰信号,使其不至于逐级放大。
反射抑制的措施
尽量缩短接线长度。
长传输线采用阻抗匹配的措施。
如在输出端串接电阻,使之阻抗匹配。
在长线的开始端即驱动门的输出端不要再另接门电路以免同反射而产生信号畸变导致逻辑电路出错。
不损坏系统特性的范围内,适当加大上升或下降沿的时间,
也会使干扰减小
抑制干扰是许多领域的一个都是重要的问题,也是一个复杂的系统工程,每一个方案都不可能说是尽善尽美的,多少遗留一些缺憾。
以上仅是对数字抑制干扰作了一些初步的探讨,与大家共勉。
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- 数字电路 干扰 抑制