《测试系统技术 教学课件 ppt 作者 郭军 第1－8章 第7章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测试系统技术 教学课件 ppt 作者 郭军 第1－8章 第7章（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 测试系统的抗干扰技术,7.1 干扰的定义 7.2 干扰进入系统的基本形式 7.3 测试系统的抗干扰措施 习题与思考题,7.1 干 扰 的 定 义 我们将可能引起测试系统性能降低或者对测试系统产生损害作用的各种电磁现象称做电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)。把对测试系统性能构成下降影响时的电磁骚扰称为电磁干扰，简称干扰。GJB72-1985电磁干扰与电磁兼容性名词术语中把电磁噪声又分为自然噪声、人为噪声、无线电噪声、脉冲噪声、随机噪声等；对电磁干扰也进行了更为详细的划分，并给出严格定义，如工业干扰、宇宙干扰、天电干扰、雷电冲击等。 从测试系统的角度出发，我
2、们可以不关心这些细节，而把所有通过发射电磁能量而对测试系统产生不良作用的骚扰统一作为干扰来对待。,干扰量可以用与频率有关的频谱特性来表示；也可以用与时间有关的特性幅值、前沿、宽度来表示。对于周期性变化的干扰，如单次脉冲或重复频率很低的脉冲，以一定时间间隔重复的脉冲序列及随机噪声等与频率有关的各种特性，用频域表示法更为方便。测量仪器可采用选频电压表、EMI测量接收机和频谱分析仪等。这类仪器的特性是测量带宽小于被测干扰的频谱带宽，同时可以以固定的周期进行重复测量和分析。 干扰量的频域表示法便于对干扰的发射特性、传输过程中的耦合特性、滤波特性和屏蔽特性等进行描述。它可以评估电磁干扰对窄带系统的影响、
3、经传输路径引起的损耗、滤波效果的有效性衡量等。,干扰量的时域表示方式适合于持续干扰，它具有直观的特点。如某数字电磁遇到了超过EMC阈值的干扰，因此而产生了误动作，则这与干扰幅值相关；数字电路遭遇干扰，使其产生翻转现象，这需一定时间；又比如，数字电磁受到某种瞬态干扰发生异常，这与干扰波形的上升沿陡峭程度相关。时域测量常用存储示波器、瞬态记录仪。它们可以工作在连续状态，也可以根据需要随时断开。此类仪表的通频带大于被测干扰的频谱宽度。电源中重复率很 低的脉冲干扰，必须用存储示波器这种有记忆功能的仪器进行时域测量。,7.2 干扰进入系统的基本形式 干扰进入测试系统的方式有很多，以下只介绍常见的几种。
4、7.2.1 静电耦合 静电耦合又称电场耦合或电容性耦合，它是由于两个电路之间存在有寄生电容，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路而产生的。可以用图7.1所示等效电路表示。,图7.1 静电耦合的等效电路,(2) 干扰电压Un正比于接收电路的输入阻抗Zi。这说明，降低接收电路的输入阻抗可减小静电耦合干扰。对于微弱信号放大器，其输入阻抗应尽可能低，一般希望在数百欧姆以下。 (3) 干扰电压Un正比于噪声源与接收电路之间的分布电容Cn。这说明，应通过合理布线和适当加强防护措施来减小分布电容。 当有几个干扰源同时经静电耦合干扰同一个接收电路时，可以使用叠加原理分别对各干扰源的干扰进行分析。,7.2.2
5、电磁耦合 电磁耦合又称互感耦合，它是由于两个电路之间存在互感，使一个电路的电流变化通过磁交链影响到另一个电路。例如，在电子装置内部线圈或变压器的漏磁对邻近电路是一种很严重的干扰；在电子装置外部当两根导线在较长一段区间平行架设时，也会产生电磁耦合干扰。在一般情况下，电磁耦合干扰可用图7.2所示等效电路表示，图中In表示噪声电流源, M表示两个电路之间的互感系数，Un表示通过电磁耦合感应的干扰电压。,图7.2 电磁耦合的等效电路,7.2.3 共阻抗耦合 共阻抗耦合是两个电路的共有阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共有阻抗便在另一电路中产生干扰电压。例如，几个电路由同一电源供电时，就会通过电源内阻
6、互相干扰。 在放大器中，各放大级通过接地电阻互相干扰。共阻抗耦合可用图7.3所示的等效电路表示。,图7.3 共阻抗耦合等效电路,图中Zc表示两个电路之间的共有阻抗，In表示噪声电流源，Un表示被干扰电路的感应电压。由等效电路可以得出 Un=InZc (7.3) 可见共阻抗耦合干扰电压Un正比于共有阻抗Zc和噪声源电流In。显然，消除共阻抗耦合干扰的核心是消除几个电路之间的共阻抗。,7.2.4 漏电流耦合 漏电流耦合是由于绝缘不良，由流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰。漏电流可以用图7.4所示等效电路表示。En为噪声源电势，R表示漏阻抗，Zi表示被干扰电路 的等效输入漏阻抗，Un为被干扰电路的
7、干扰电压。,图7.4 漏电流耦合等效电路,7.2.5 传导耦合 噪声经导线耦合到电路中去是很明显的事实，但却经常被人们所忽视。当导线经过具有噪声的环境时，拾取噪声，并经导线传送到电路而造成干扰。传导耦合的主要例子是噪声经电源线传到电路中。通常，交流供电线路在生产现场的分布实际上构成了一个吸收各种噪 声干扰的网络，而且噪声可以十分方便地经导线传到各处，并经过电源线进入电子装置从而造成干扰。实践证明，经电源线进入电子装置的干扰无论从广泛性还是严重性来说都是十分明显的，但却常常被人们忽视。,7.2.6 辐射电磁场耦合 辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备、广播发射台、电视发射台等。如果在辐射电磁场
8、中放置一个导体，则在导体上产生正比于电场强度的感应电势。配电线，特别是架空配电线都将在辐射电磁场中感应出干扰电势，并通过供电线路侵入电子装置，造成干扰。同样，在大功率广播发射机附近的强电磁场中，仪表外壳或仪表内部尺寸较小的导体也能感应出较大的干扰电势。 在实际工作中，从干扰源到被干扰电路之间的干扰途径很多，寻找干扰源时必须具体问题具体分析。,7.3 测试系统的抗干扰措施 7.3.1 接地技术 1. 基本概念 电气设备中的“地”，通常有两种含义：一种是“大地”，另一种是“工作基准地”。“大地”是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球大地相连接。这种连接可以保证设备和人身安全，提供静
9、电屏蔽通路，降低电磁感应噪声。 “工作基准地”是指系统内部各部分电路的基准电位，又称电源地。要求尽量减小接地回路中的公共阻抗压降，以减小系统中干扰信号公共阻抗耦合。,接地的方式有以下几种： (1) 工作接地。其目的是为各电路的工作提供基准电位点。 (2) 安全接地。根据用电法规，电气设备的金属外壳必须接地，称为安全接地。其目的是防止电气设备的金属外壳上出现过高的对地电压以及漏电流从而危害人身、设备的安全。 (3) 屏蔽接地。其目的是抑制电磁干扰。测试系统中的某些部分与大地相连接可以起到抑制干扰作用。例如，电缆、变压器等屏蔽层，金属屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰；双绞线中一根作信号线，另一根两
10、端接地则可以防止电磁干扰；大型测试系统往往具有很大的对地分布电容，合理选择接地点则可以削弱分布电容的影响。,2. 安全接地 当用电设备的绝缘物质层由于受到了外部的机械损伤、系统过电压或本身老化等原因而导致绝缘性能大大降低时，设备的金属外壳、操作手柄等导电部分就会出现较高的对地电压，此时，人体触及这些部位时，会发生触电的危险。人体触电所受到的伤害程度取决于流过人体电流的大小：当流过0.11 mA的电流时会使人感到“麻电”；流过520 mA的电流时会使人肌肉收缩而不能自行脱离电源；当流过电流大于几十毫安时，心肌则停止收缩和扩张。触电危急程度又与电流通过人体的时间有关，如果电流与时间的乘积超过50
11、mAs，便会导致触电死亡。,按照一般的人体电阻值，可以根据各种环境对安全电压值做出规定：在普通的环境为50 V左右；在潮湿环境或手持设备时为24 V左右。凡工作电压超过上述安全电压的用电设备，凡是人可接触的部位(如外壳、框架、机座、操作手柄等金属部件)都必须接地，称为安全接地。 根据系统供电方式的不同，电气设备的安全接地有以下两种形式。,1) 接地保护 接地保护就是将电气设备在正常工作情况下不带电的金属外壳等部分与大地之间用良好的金属连接。在中性点(中性点称为零点)不接地的三相三线制低压系统中，电气设备应采取接地保护。设电气设备的接地装置电阻为rd，当绝缘损坏外壳带电时，如果人体接触电气设备的
12、外壳，此时接地电流将同时沿接地极和人体两条道路流过，为了限制流过人体的电流，使其在安全电流以下，必须使rd远远小于人体电阻。,2) 接零保护 在中性点接地的三相四线制低压系统中，无论设备是否设有接地保护，均不能防止人体触电的危险，此时必须采取接零保护，即，用电设备的外壳与零线相接。当一相绝缘损坏与外壳相连时，则该相线、设备外壳、零线形成闭合回路。这时，电流一般说来是比较大的，从而引起保护器动作，使故障设备脱离电源。,3. 工作接地 在一个复杂的大系统中，既有高频信号，又有低频信号；既有强电电路，又有弱电电路；既有频繁开关动作的设备，又有极为敏感的弱信号装置。因此不同类型的信号电路应有不同的接地
13、方式。通常从以下几方面考虑： 信号地线：分为模拟地和数字地两种。模拟地作为A/D转换、前置放大器或比较器的零电位；数字地作为 逻辑开关电路的零电位。模拟信号一般较弱，数字信号一般较强，为了避免模拟地与数字地之间的相互干扰，两者之间应分别设置。, 信号源地线：主要指传感器接地。 负载地线：负载电流一般要比前级信号电流大得多(如继电器)，因此负载地线上的电流在地线中产生的干扰作用也大。 在同一类信号电路中，有一个共同的接地系统，根据各种电路接地点的连接方式不同，通常可以分为三种接地系统。,1) 单点接地系统 单点接地只有一个接地点，所有单元电路的接地线都连接到一点上，这个点作为参考电位点。这种接地
14、系统又分为串联单点接地和并联单点接地两种形式。 (1) 串联单点接地。图7.5为串联单点接地的等效电路。图中接地点至a点的一段线为电路A、电路B、电路C的共用地线，ab段为电路B和电路C的共用地线。,图7.5 串联单点接地等效电路图,设R1为接地点至a点的等效电阻，R2、R3分别为ab和bc段的等效电阻。I1、I2、I3分别为电路A、电路B、电路C的电流，则各接地点的地电位为 a点：Ua=(I1+I2+I3)R1； b点：Ub=(I1+I2+I3)R1+(I1+I3)R2； c点：Uc=(I1+I2+I3)R1+(I1+I3)R2+I3R3。 显然，a、b、c各点的电位不仅不为零，还受其它电路
15、的影响。因此，从防止噪声和抑制干扰角度，这种接地方式不适用。当各电路的地线中电流相差很大时，各电路会通过接地线相互影响，此时也不能使用这种方法。但这种接地方式的结构比较简单，各电路的接地线短，电阻较小。,在采用这种接地方式时还必须注意要把最低电平电路放在最靠近接地点的a处，以使b点及c点电位受到的影响最小。 (2) 并联单点接地。图7.6为并联单点接地等效电路，图中R1、R2、R3分别为三条引线的电阻，此时各电路的电位分别为：Ua=R1I1；Ub=R2I2；Ub=R3I3。 在这种情况下，各电路的地电位仅与各自的地电流及地线电阻有关，不受其它电路影响。由于此时地线上的共阻抗降到了最低限度，因此
16、可以认为消除了共阻抗干扰。但这种方式需要连接多根地线，布线不方便。,图7.6 并联单点接地等效电路,可以看出，在低频电路中，布线和元件间的电感较小，但接地电路形成的环路对于干扰影响很大，适合采用一点接地方式。在高频电路中，地线阻抗中的感抗分量增大，同时各地线之间又产生电感耦合，所以高频电路中不适合采用一点接地方式。 2) 多点接地系统 多点接地是指系统中各单元电路直接连接到地线上，有多个接地点，等效电路如图7.7 所示。对于高频电路，为了降低地线阻抗，一般均采用多点接地方式，图7.7中所用的地线分别连至最近的低阻抗地线上。地线系统一般是与机壳相连的扁粗金属导体或机壳本身，因此其感抗很小。,设每个电路接至机壳或地线系统的地线电阻为Ri，电感为Li，地电流为Ii，则电路对地的电位为：Ui= (Ri+jLi)Ii。为了降低电路的地电位，每个电路的地线应尽可能的短，以便降低地线阻抗。多点接地系统的优点是电路构成比单点接地简单而且由于接地线短，接地
