微机控制系统的可靠性

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1、第第1010章章 微机控制系统的可靠性微机控制系统的可靠性与抗干扰技术与抗干扰技术 概述概述n计算机控制系统运行环境往往比较恶劣和复杂,不仅环境温度变化大、湿度大,有粉尘、振动和腐蚀气体,而且周围还有电气干扰,这些都会影响到系统的正常工作,轻则影响控制精度,重则使系统失灵瘫痪。n计算机控制系统通常要求长期连续工作,不能随意关机、复位或重新启动。 概述概述n干扰信号出现时,系统应能抑制干扰的影响;n数据被干扰破坏时,系统应能及时发现并能纠正;n系统内部或外部出现异常情况时,应能及时给出报警信息;n当干扰导致程序脱离正常运行或进入死循环,应能及时发现并强制进入正常程序人口或进行系统复位。概述概述n

2、可靠性要求对计算机控制系统来说至关重要,而抗干扰技术是提高可靠性的一项关键技术,可以说没有采取抗干扰措施的控制系统是根本不能投入实际使用的。 10.1 10.1 可靠性与抗干扰技术可靠性与抗干扰技术基本概念基本概念10.1.1 可靠性的概念1.1.可靠性可靠性(Reliability)(Reliability)定义定义 n控制系统的可靠性通常是指在一定条件下,在规定时间段完成规定功能的能力。n一定的条件：包括环境条件(如温度、湿度、粉尘、气体、振动、电磁干扰等)工作条件(如电源电压、频率允许波动的范围、负载阻抗、允许连接的用户终端数等)操作和维护条件(如开机关机过程、正常操作步骤、维修时间和次

3、数等)。 可靠性可靠性n规定的时间: 是可靠性的重要特征,常以数学形式表示可靠性的基本参量,如可靠度、失效率、平均故 障 间 隔 时 间 (MTBF:Mean Time Between Failures)、平均维护时间(MTTR:Mean Time to Repair)等n规定的功能:是指控制系统能完成任务的各项性能指标。对于不同的系统,规定的功能是不同的,如对温度控制系统,规定的功能有温度控制范围、控制精度和过渡过程时间等。可靠性可靠性n影响系统完成规定功能的干扰因素有多种外部因素有温度、湿度、振动、电源的波动、电磁干扰、操作失误、维修时间超期等;内部因素有器件的偶发性失效、长时间使用后性能

4、老化以及经过试验未能发现的软件与硬件缺陷等 2.2.错误错误(Error)(Error)和故障和故障(Failure) (Failure) n在干扰的作用下,系统会产生非正常工作状态,也称异常状态。n瞬时性的、功能上出现偏差的异常状态,称之为错误,错误不经停机修理也可恢复到正常工作状态;n固定性的、功能部件其必要操作能消失的异常状态,称之为故障,故障只有通过修理才能恢复到正常状态。 错误错误(Error)(Error)和故障和故障(Failure)(Failure)n错误的自动检测、纠正和指示,对控制系统来说非常重要。n为了消除错误对系统影响,可采用一些有效方法:增设抗干扰电路,消除来自电源、

5、信号、空间的电磁干扰;通过附加冗余码实现自动检错、纠错等n故障按其发生时期通常分为:早期故障耗损故障偶发故障 早期故障早期故障n由于元器件质量差,软件、硬件设计欠完善等原因所造成的,可通过系统试运行,更换质量不好的元器件、修改硬件电路、改正软件错误来排除早期故障。 耗损故障耗损故障 n由于元器件使用寿命已到所致。n如果已知元器件使用寿命的统计分布规律,那么,预先更换元器件,就可防止耗损故障的发生。另外,定期检查或更换关键元件和部件,也可防止耗损故障的发生。 偶发故障偶发故障 n随机的,通常发生于早期故障和耗损故障之间,在故障发生后,需进行应急维修。说明说明n由于故障的发生(特别是偶发故障的发生

6、)既难以预见又不可避免,为尽可能减少由于故障发生所造成的损失,尽快恢复系统正常工作,就需要采取故障恢复技术,如要使系统仍然继续运行,需要采取特殊措施,这也是可靠性技术应研究的课题。 综上所述综上所述 n n可靠性的概念有两层含义可靠性的概念有两层含义可靠性的概念有两层含义可靠性的概念有两层含义: : : :一一一一是是是是系系系系统统统统在在在在规规规规定定定定的的的的时时时时间间间间内内内内尽尽尽尽可可可可能能能能减减减减少少少少故故故故障障障障和错误的发生和错误的发生和错误的发生和错误的发生二二二二是是是是发发发发生生生生了了了了故故故故障障障障和和和和错错错错误误误误后后后后能能能能迅迅

7、迅迅速速速速进进进进行行行行维维维维修修修修, , , ,尽快恢复正常工作。尽快恢复正常工作。尽快恢复正常工作。尽快恢复正常工作。n n若若若若考考考考虑虑虑虑人人人人为为为为的的的的干干干干扰扰扰扰因因因因素素素素, , , ,如如如如控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中有有有有关关关关数数数数据据据据和和和和程程程程序序序序的的的的非非非非法法法法窃窃窃窃取取取取、修修修修改改改改等等等等, , , ,则则则则安安安安全全全全性性性性也也也也属属属属于于于于系系系系统统统统可可可可靠性应考虑的内容。靠性应考虑的内容。靠性应考虑的内容。靠性应考虑的内容。 10.1.3 10.1.3 电磁

8、兼容性电磁兼容性 1. 1.电磁兼容性的概念电磁兼容性的概念 n电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)是指在不损害信号所含信息的条件下,信号和干扰能够共存的程度。n国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 n研究电磁兼容的目的是为了保证电器设备或系统在电磁环境中具有正常工作的能力,以及掌握电磁波对社会生产活动和人体健康造成危害的机理和预防措施。 电磁兼容实际有两方面的含义电磁兼容实际有两方面的含义n一方面是设备或系统产生的电磁骚扰,不应对周围设备造成不能承受的干扰,

9、也不应对周围环境造成不能承受的“污染”n一方面是设备或系统对来自周围环境中的电磁干扰,应具有足够的抗御能力 n n随随随随着着着着计计计计算算算算机机机机技技技技术术术术、通通通通信信信信技技技技术术术术、自自自自动动动动化化化化控控控控制制制制技技技技术术术术以以以以及及及及电电电电子子子子技技技技术术术术的的的的广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用, , , ,电电电电磁磁磁磁兼兼兼兼容容容容成成成成为为为为世世世世界界界界工工工工业业业业技技技技术术术术的的的的热热热热点点点点问题。问题。问题。问题。n n电电电电子子子子产产产产品品品品在在在在方方方方便便便便人人人人们们们们的的的的同同同

10、同时时时时, , , ,对对对对社社社社会会会会生生生生产产产产活活活活动动动动和和和和人人人人体体体体健健健健康也带来了一系列不利的影响。康也带来了一系列不利的影响。康也带来了一系列不利的影响。康也带来了一系列不利的影响。n n电电电电子子子子元元元元件件件件几几几几乎乎乎乎在在在在所所所所有有有有的的的的设设设设备备备备中中中中都都都都存存存存在在在在, , , ,而而而而它它它它们们们们越越越越来来来来越越越越趋趋趋趋于于于于在在在在极极极极微微微微弱弱弱弱的的的的信信信信号号号号下下下下工工工工作作作作, , , ,且且且且信信信信号号号号工工工工作作作作频频频频率率率率越越越越来来来

11、来越越越越高高高高, , , ,动作时间越来越短动作时间越来越短动作时间越来越短动作时间越来越短, , , ,因而更容易受外界电磁场的干扰。因而更容易受外界电磁场的干扰。因而更容易受外界电磁场的干扰。因而更容易受外界电磁场的干扰。n n电电电电子子子子产产产产品品品品的的的的广广广广泛泛泛泛使使使使用用用用, ,也也也也意意意意味味味味着着着着电电电电磁磁磁磁发发发发射射射射源源源源也也也也越越越越来来来来越越越越多多多多, ,而而而而高高高高能能能能量量量量、高高高高频频频频率率率率的的的的发发发发射射射射源源源源使使使使干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号不不不不断断断断增增增增强强强强, ,

12、 , ,这这这这些些些些电电电电磁磁磁磁辐辐辐辐射射射射不不不不仅仅仅仅对对对对电电电电子子子子设设设设备备备备本本本本身身身身有有有有干干干干扰扰扰扰作作作作用用用用, , , ,更更更更严严严严重重重重的的的的是是是是电电电电磁磁磁磁辐辐辐辐射会射会射会射会对对对对人体健康造成不人体健康造成不人体健康造成不人体健康造成不良影响。良影响。良影响。良影响。 讨论n电磁辐射污染也已被世界卫生组织列为必须严加控制的现代公害之一n清洁电磁环境,保证电工、电子产品正常工作已受到世界范围的普遍关注。n解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始,并贯穿于整个产品或系统的生产全过程。n电磁兼容设计的关键技术是对

13、电磁干扰机制的研究,从干扰源处限制电磁发射是治本的方法,切断电磁噪声的传播途径是提高抗干扰能力的重要手段。 2. 电磁兼容标准 n n电电电电磁磁磁磁兼兼兼兼容容容容技技技技术术术术的的的的迅迅迅迅速速速速发发发发展展展展, , , ,也也也也剌剌剌剌激激激激了了了了对对对对电电电电磁磁磁磁兼兼兼兼容容容容标标标标准准准准化化化化工工工工作作作作的需求。的需求。的需求。的需求。n n许许许许多多多多国国国国家家家家在在在在EMCEMCEMCEMC技技技技术术术术的的的的研研研研究究究究、标标标标准准准准的的的的制制制制定定定定、EMCEMCEMCEMC测测测测试试试试及及及及认认认认证证证证方

14、方方方面做了不少工作面做了不少工作面做了不少工作面做了不少工作欧欧欧欧共共共共体体体体成成成成员员员员国国国国关关关关于于于于EMCEMCEMCEMC法法法法律律律律性性性性指指指指令令令令(89/336/EEC(89/336/EEC(89/336/EEC(89/336/EEC指指指指令令令令) ) ) )要要要要求求求求所所所所有有有有投投投投放放放放市市市市场场场场的的的的电电电电工工工工电电电电子子子子产产产产品品品品, , , ,均均均均要要要要求求求求进进进进行行行行EMCEMCEMCEMC认认认认证证证证, , , ,认认认认证证证证合格后合格后合格后合格后, , , ,贴上贴上贴

15、上贴上CECECECE标志。标志。标志。标志。美美美美 国国国国 联联联联 邦邦邦邦 通通通通 信信信信 委委委委 员员员员 会会会会 (Federal (Federal (Federal (Federal communications communications communications communications Commission,FCC)Commission,FCC)Commission,FCC)Commission,FCC)颁颁颁颁布布布布了了了了一一一一系系系系列列列列有有有有关关关关EMCEMCEMCEMC的的的的法法法法规规规规, , , ,并并并并进进进进行行行行这

16、这这这方方方方面面面面的的的的管管管管理理理理, , , ,对对对对于于于于通通通通信信信信发发发发射射射射机机机机、接接接接收收收收机机机机、电电电电视视视视机机机机、计计计计算算算算机机机机、各各各各种种种种医医医医疗疗疗疗设设设设备备备备均均均均有有有有相相相相应应应应的的的的法法法法律律律律要要要要求求求求。任任任任何何何何想想想想出出出出口口口口到到到到美美美美国国国国的这些设备必须取得的这些设备必须取得的这些设备必须取得的这些设备必须取得FCCFCCFCCFCC的某种形式的认可。的某种形式的认可。的某种形式的认可。的某种形式的认可。 nEC专门从事电磁兼容标准化工作的有两个技术委员

17、会国际无线电干扰特别委员会(CISPR)第77技术委员会(TC77)我国的EMC测试及标准化n我国的EMC测试及标准化工作是20世纪60年代起步的。对应于CISPR成立了全国无线电干扰标准化技术委员会对应TC77成立了全国电磁兼容标准化联合工作组n以促进电磁兼容EMC研究和标准化工作。n随着EMC标准化工作的进行,其认证工作作为市场经济发展到一个比较成熟的阶段的产物,就如安全认证和环境保护的绿色认证一样,EMC认证也将是产品的一个重要质量标志。 我国EMC的国家标准见表3.常用名词说明 1)噪声与干扰(Noise & Interfering) n噪声是一种明显不传送信息的信号,它可与有用信号叠

18、加或组合,并使有用信号发生畸变。n噪声会损害有用信号的接收,并可引起装置、设备或系统性能降低,甚至不能正常工作,具有危害性的噪声称干扰。n噪声与干扰有时也不严格区分,一般在讨论对有用信号影响程度时,多用噪声一词,而讨论危害作用时,多用干扰一词。 2) 电磁骚扰和电磁干扰(Electromagnetic disturbance & Electromagnetic interference) n电磁骚扰泛指对装置、设备、系统或者有生命物体产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。n电磁干扰(简称EMI)是指由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。 3)噪

19、声源与受扰体(Noise source & Susceptor) n噪声源就是产生噪声的主体,也称干扰源如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源,其用数学描述的特征是(du/dt)或(di/dt)较大的地方都可能是干扰源。n受扰体就是受到干扰危害的装置、设备或系统,受扰体亦称受干扰对象或干扰对象,受扰体通常对噪声有较高敏感性(susceptibility) 如A/D、D/A变换器、单片机、数字IC、弱信号放大器等,都可以是受扰体。4) 耦合与耦合途径(Coupling & Coupling Paths) n耦合泛指系统间或一个系统的各部分之间相互作用而彼此发生关联的现象n此处主

20、要指干扰源与受扰体之间通过电或磁产生联系的现象,它通常决定了受扰体受到干扰的方式。n耦合途径是指干扰源对受扰体发生作用时,电磁能量的传输介质,亦称耦合通道。耦合途径主要有传导、感应和辐射。 5) 传导与辐射(Conduction & Radiation) n传导是通过导线传播电磁能量的耦合方式,具体有电导耦合、电感耦合、电容耦合、公共阻抗耦合等。n辐射是通过自由空间传播电磁能量的耦合方式。 6)系统间干扰和系统内干扰(Inter-system interference & Intra-system interference) n系统间干扰是指由其他系统对一个系统造成的电磁干扰。n系统内干扰是指

21、系统中出现的由本系统内部电磁骚扰(Disturbance)引起的电磁干扰。 7)内部抗扰性和外部抗扰性(Internal immunity & External immunity) n内部抗扰性是指装置、设备或系统在其输入或天线处存在电磁骚扰时能正常工作而性能没有降低的能力。n外部抗扰性是指装置、设备或系统在电磁骚扰经由除常规输入端或天线以外的途径侵入情况下,能正常工作而性能没有降低的能力。 4.产生干扰的必要条件 n n由由由由噪噪噪噪声声声声( ( ( (或或或或电电电电磁磁磁磁骚骚骚骚扰扰扰扰) ) ) )干干干干扰扰扰扰引引引引起起起起设设设设备备备备或或或或系系系系统统统统性性性性能

22、能能能下降现象的产生下降现象的产生下降现象的产生下降现象的产生, , , ,必须满足必须满足必须满足必须满足4 4 4 4个条件个条件个条件个条件: : : :噪声的发生噪声的发生噪声的发生噪声的发生( ( ( (即有噪声源的存在即有噪声源的存在即有噪声源的存在即有噪声源的存在) ) ) )噪声的接收噪声的接收噪声的接收噪声的接收( ( ( (即有受扰体的存在即有受扰体的存在即有受扰体的存在即有受扰体的存在) ) ) )噪声的传播噪声的传播噪声的传播噪声的传播( ( ( (即有耦合途径的存在即有耦合途径的存在即有耦合途径的存在即有耦合途径的存在) ) ) )以及上述三者在时间上的一致性以及上述

23、三者在时间上的一致性以及上述三者在时间上的一致性以及上述三者在时间上的一致性n n只只只只要要要要破破破破坏坏坏坏上上上上述述述述4 4 4 4个个个个条条条条件件件件中中中中时时时时间间间间上上上上的的的的一一一一致致致致性性性性任任任任何何何何一个一个一个一个, , , ,干扰现象就能消除。干扰现象就能消除。干扰现象就能消除。干扰现象就能消除。n n上述上述上述上述4 4 4 4个条件也可看成个条件也可看成个条件也可看成个条件也可看成EMCEMCEMCEMC的的的的4 4 4 4个要素个要素个要素个要素 EMC的4个要素如图10-1所示n n由由于于噪噪声声源源和和受受扰扰体体通通常常是是

24、客客观观存存在在的的, ,很很难难消消除除, ,只只能能通通过过减减少少噪噪声声源源的的发发射射能能量量, ,降降低低受受扰扰体体敏敏感感度度来来达达到到消消除除干干扰扰的的目的目的n n切切断断噪噪声声从从噪噪声声源源到到受受扰扰体体的的耦耦合合途途径径是消除干扰的常用方法是消除干扰的常用方法n n调调整整噪噪声声的的产产生生、传传播播和和接接收收的的时时间间关关系系,有时也能起到事半功倍的效果有时也能起到事半功倍的效果 10.1.3 噪声的分类和耦合方式 1.噪声分类 n n噪声的种类繁多噪声的种类繁多,下面按噪声产生的位置、下面按噪声产生的位置、原因、传导模式以及波形来分类原因、传导模式

25、以及波形来分类 1) 按噪声产生的位置分类 n n按噪声产生的位置可分内部噪声和外部噪声内部噪声是指装置内部或器件本身产生的噪声外部噪声是指从外部侵入装置或系统的噪声,主要有自然噪声和人为噪声二类 n n自然噪声包括大气噪声、太阳噪声等。自然噪声包括大气噪声、太阳噪声等。大大气气噪噪声声如如雷雷电电、火火花花放放电电、台台风风、火火山山喷喷烟烟、黄黄砂砂、飞飞雪雪等等。其其中中雷雷电电是是经经常常遇遇到到的的, ,它它从从较较低低频频率率( (数数千千赫赫兹兹) )到到VHFVHF射射频频段段(30(30300MHz)300MHz)或或更更高高的的频频段段内内产产生生干干扰扰, ,并并能能传传

26、到到相当远的距离。相当远的距离。太太阳阳噪噪声声是是由由于于太太阳阳黑黑子子或或磁磁暴暴发发射射出出的的电电磁噪声磁噪声, ,其强度与黑子活动的激烈程度有关其强度与黑子活动的激烈程度有关 人为噪声来自其他机器和设备的噪声,如: 有有触触点点的的家家用用电电器器和和民民用用设设备备电电冰冰箱箱、电电费费斗斗、电电磁磁开开关关、继电器等继电器等; ;使使用用整整流流子子电电动动机机的的机机器器电电钻钻、电电动动刮刮胡胡刀刀、电电按按摩摩器器、吸尘器、电动搅拌机、牙科医疗器械吸尘器、电动搅拌机、牙科医疗器械; ;家用电力半导体器件装置硅整流调光器、开关电源等家用电力半导体器件装置硅整流调光器、开关电

27、源等; ;工业用高频设备塑料热合机、高频加热器、高频电焊机等工业用高频设备塑料热合机、高频加热器、高频电焊机等; ;高高频频医医疗疗设设备备甚甚高高频频或或超超高高频频理理疗疗装装置置、高高频频手手术术刀刀、电电测仪、测仪、X X光机等光机等; ;电电力力传传动动设设备备各各种种直直流流、交交流流伺伺服服电电动动机机、步步进进电电机机、电电磁阀、接触器等磁阀、接触器等; ;电电力力电电子子器器件件组组成成的的变变流流装装置置可可控控整整流流器器、逆逆变变器器、变变频频器、斩波器、交流调压器、器、斩波器、交流调压器、UPSUPS电源、高频开关电源等电源、高频开关电源等 电力传输设备高压电力传输线

28、、高压断路器、变压器等;内燃机中的点火系统、发电机、电压调节器、电刷等;无线电发射和接收设备移动通信系统、广播、电视、雷达、导航设备等;高速数字电路设备计算机及其相关设备等 2) 按噪声产生的原因分类 n n噪声产生的原因非常多,按其分类有热噪声、接触噪声、放电噪声、高频振荡噪声、感应噪声、反射噪声、浪涌噪声、辐射噪声等 热噪声是由导体、半导体和电阻中电子热骚动所形成的电子噪声,由于电子热运动具有随机性质,所以热噪声电压也具有随机性质,而且它几乎覆盖整个频谱。 接触噪声是由两种材料之间的不完全接触,形成电导率的起伏而产生的。它发生在两个导体连接的地方,如继电器的接点、电位器的滑动接点以及接线柱

29、和虚焊处。 放电噪声主要由雷电、静电、电机电刷和大功率开关触点断开等放电现象产生的。 高频振荡噪声主要由感应电炉、开关电源、逆变器、高频加热器、超声波设备以及电路内部反馈引起的高频自激振荡所产生。 感应噪声是由于器件布局、配线或接地不当所产生的静电感应、电磁感应噪声。 工频噪声是由电源整流电路滤波不佳、变压器漏磁通感应分量,以及大地漏电等导致有用信号中混入交流分量所产生的交流噪声。 反射噪声是高速电路长线传输时,由于阻抗不匹配,发生信号传输反射,引起信号波形畸变所形成的。浪涌噪声是由大功率设备、晶闸管变流器和电动机启动产生涌流所造成的。 辐射噪声是由大功率发射装置、接收装置(如广播设备、雷达、

30、发报机、电视机、调频机、调幅机等)产生的噪声,并通过空间辐射形式影响装置或设备。 3) 按噪声传导模式分类 n n按噪声传导模式可分为:常模噪声共模噪声 常模噪声n n又又称称差差动动噪噪声声、串串模模噪噪声声、横横向向噪噪声声、线线间间感感应应噪噪声声或或对称噪声等对称噪声等n n常常模模噪噪声声与与有有用用信信号号串串在在一一起起, ,噪噪声声电电流流i iN N与与有有用用信信号号电电流流i is s在在线线路路中中的的流流向向是是一一致致的的, ,噪噪声声电电压压u uN N始始终终叠叠加加在在信信号号电电压压u us s上上, ,如如图图(a)(a)所所示示, ,这种噪声往往较难清除

31、。这种噪声往往较难清除。n n当当噪噪声声的的频频率率范范围围与与有有用用信信号号相相差差较较大大时时, ,可可采采用用滤滤波波方法来抑制。方法来抑制。 共模噪声n n又又称称地地感感应应噪噪声声、纵纵向向噪噪声声或不对称噪声。或不对称噪声。n n噪噪声声电电流流i iN N在在一一对对信信号号线线上上各各流流过过一一部部分分, ,以以地地为为公公共共回回路路, ,只只要要线线路路处处于于平平衡衡状状态态, ,即即两两根根信信号号线线对对地地阻阻抗抗一一致致时时(Z(Z1 1=Z=Z2 2),),则则在在两两根根信信号号线线间间产产生生的的噪噪声声电电压压u uN N基基本为本为0 0 n n

32、共共模模噪噪声声不不会会对对有有用用信信号号产产生影响生影响, ,如图如图(b)(b)所示。所示。n n线线路路不不平平衡衡, ,即即两两根根信信号号线线 对对 地地 阻阻 抗抗 不不 一一 致致 时时(Z(Z1 1ZZ2 2),),噪噪声声电电压压u uN N就就不不为为0,0,相相当当于于在在两两根根信信号号线线存存在在常常模模噪噪声声, ,如如图图(c)(c)所所示。示。n n通通常常输输入入/ /输输出出信信号号线线与与大大地地或或机机壳壳之之间间的的噪噪声声都都为为共共模模噪噪声声, ,信信号号线线受受到到静静电电感感应应时时产产生生的的噪噪声声也也多为共模噪声。多为共模噪声。n n

33、抑抑制制共共模模噪噪声声的的方方法法较较多多, ,如隔离、屏蔽、接地等。如隔离、屏蔽、接地等。 4) 按噪声波形分类 n n图10-3所示为典型的噪声波形有:连续的正弦波偶发的脉冲波周期性的脉冲波n n对连续正弦波噪声,可用幅值Um、持续时间ts和振荡频率fn等特征值来描述n n对偶发脉冲波噪声,可用最大幅度Um 、上升时间tr、脉冲宽度tp等特征值来描述;n n周期性脉冲波噪声,可用最大幅度Um、脉冲宽度tp、脉冲间隔时间ts等特征值来描述。n n根据噪声波形与有用信号的特征值,才能确定采用具体消除噪声的措施。 2. 噪声的藕合方式 n n噪声的耦合方式主要有公共阻抗耦合直接耦合电容耦合电磁

34、感应耦合漏电耦合辐射耦合1) 公共阻抗耦合 n n公公共共阻阻抗抗耦耦合合是是噪噪声声源源和和信信号号处处理理电电路路具具有有公公共共阻阻抗时的传导耦合。抗时的传导耦合。n n常常见见的的情情况况是是信信号号处处理理电电路路和和信信号号输输出出电电路路使使用用公公共共电电源源, ,而而电电源源不不是是内内阻阻为为零零的的理理想想电电压压源源, ,电电源源内内阻阻就就成成为为了了公公共共阻阻抗抗Z Zc c, ,信信号号输输出出电电路路中中的的电电流流变变化化就就会会在在公公共共阻阻抗抗上上产产生生噪噪声声信信号号, ,并并通通过过电电源源线线干干扰扰信信号号处处理理电电路路, ,如图如图10-

35、410-4所示。所示。n n为了防止公共阻抗耦合,应使耦合阻抗趋近于零,通过去耦电路可减少公共阻抗耦合引起的干扰。2) 直接耦合 n n直直接接耦耦合合通通常常是是噪噪声声信信号号经经过过导导线线直直接接传传导导到到被被干扰电路中。干扰电路中。n n图图(a)(a)中中噪噪声声信信号号u uN N串串接接到到有有用用信信号号u us s回回路路中中, ,形形成成常模干扰常模干扰; ;n n图(b)中噪声 信 号 均对 有 用 信号us形成共模干扰。 3)电容耦合 n n控制系统的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在分布电容。n n如某一导体上的信号电压变化通过分布电容影响到其他导体上的电位

36、,这种现象称为电容性耦合,也称静电耦合或电场耦合。n n噪声通过电容耦合的影响程度取决于分布电容大小和噪声的频率。n n图10-6中,导线a,导线b之间存在分布电容Cab,导线a和导线b对地的分布电容为Cac和Cbc,噪声信号均可通过分布电容Cab会叠加在导线b上。4) 电磁感应耦合 n n电磁感应耦合又称磁场耦合。n n载流导体周围空间都会产生磁场,如磁场是交变的,则会对其周围闭合电路产生感应电势,因此,电路中的线圈、变压器甚至较长的导线都可能通过电磁感应耦合来传递噪声。n n图10-7中,噪声信号UN回路的L1与有用信号us回 路 的 L2经等效的互感系数M耦合,从而有可能造成对us的影响

37、。 5) 漏电耦合 n n漏电耦合是电阻性耦合方式。n n当相邻的元件或导线间绝缘电阻降低时,就会发生漏电耦合现象。图图10-810-8中中R Rabab为导线为导线a a与导线与导线b b之间的绝缘之间的绝缘电阻电阻, ,当电路绝缘性当电路绝缘性能下降时能下降时, ,即即R Rabab变小变小, ,则导线则导线a a上的信号上的信号u uNN通过通过R Rabab与与R Rb b分压藕合分压藕合到导线到导线b b上上, ,从而造成从而造成u uNN对对u us s的干扰。的干扰。 6) 辐射耦合 n n辐射耦合主要由电磁场辐射引起。n n当高频电流通过导线时,就会在导体周围形成空间传播的电磁波,一定长度的信号传输线既可作为发射天线,也可作为接收天线,这就是所谓的“天线效应”。n n在在一一定定强强度度的的电电磁磁场场辐辐射射条条件件 下下 , ,由由 于于 天天线线 效效 应应 , ,噪噪 声声经经辐辐射射藕藕合合入入侵侵电电路路就就难难以以避免。避免。n n辐辐射射耦耦合合的的示示意意如如图图10-910-9所所示。示。