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技术文章

测控系统的抗干扰措施

1、切断干扰的传播途径

1)增加干扰源与敏感元件的距离,用地线把它们隔离或在敏感元件上架屏蔽罩

2)电路板合理分区,将强信号、弱信号、数字信号、模拟信号电路合理地分区域布置

3)单片机和大功率器件要接地,大功率器件尽量布置在电路板边缘

4)在单片机I/O口,电路板连接线等关键地方,使用抗干扰元件可显著提高电路的抗干扰性能。

5)晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。

2、尽量采用抗干扰性能强的单片机

1)、降低单片机内部的电源噪声

在传统的数字集成电路设计中,通常将电源端和地端分别布置在对称的两边。例如左下角为地,左上角为电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进方法将单片机的电源和地安排在两个相邻的引脚上,这样不仅降低了穿过整个硅片的电流,还便于印制板上设计电源退耦电容,以降低系统噪声。

2)、降低时钟频率

单片机测控系统的时钟电路是一个调频噪声源,它不仅能干扰本系统,还对外界产生干扰,使其他系统的电磁兼容检测不能达标。在保证系统可靠性的前提下,选用时钟频率低的单片机可降低系统的噪声。以8051单片机为例,当最短指令周其为1US时,时钟是12MHZ。而同样速度的MOTOROLA兼容单片机的厂商在不牺牲运算速度的前提下,将时钟频率降低到原来的1/3。特别是MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机、内部采用了锁相倍频技术,将外部时钟除至32KHZ,而内部总线速度却提高到8MHZ,甚至更高。

3)、EFT技术

随着超大规模集成电路的发展,单片机内部的抗干扰技术也在不断进步。MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机,采用EFT技术进一步提高了单片机的抗干扰能力,当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时,其波形上会叠加一些毛刺。若以施密特电路对其整形时,这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。但是交替使用施密电路和RC滤波可以使这类毛刺不起作用,这就是EFT技术。

3、单片机测控系统中的频率抖动技术

将频率拉动信号叠加到输入信号的随机噪声上,虽然会增加转换的总噪声,但增加的噪声是用来补偿输出数码量化噪声的,可使量化误差不再输入信号的函数而是抖动噪声瞬时值的函数。因此,利用频率颤抖信号可去除量化噪声与输入信号之间的相关性。频率拉动信号的大小通常约为1/3LSB有效值。例如,在未加频率拉动的情况下,ADC输出的量化噪声是瞬时输入信号幅度的函数,量化拉动之后,因抖动信号的幅度不依赖于输入信号,故量化噪声与输入信号无关,从而消除了ADC输出谐波分量,但这是以增加总噪声为代价的。需要指出的是,并不一定在ADC输入端实际施加颤抖噪声,也可利用地转换器的热噪声作为频率抖动信号,但ADC要有足够的输出位数以确保能够去除输入信号与量化噪声的相关性。

4、防止漏电流的技术

应当在清洁、干燥、通风、环境温度适宜的条件下使用智能化单片机测控系统。系统受潮后导致绝缘电阻下降,会产生漏电流。轻测使测量误差增大,控制不灵;重则会造成适中故障,损坏元器件。例如,当印制板受潮时,A/D转换器输入阻抗下降,读数不准,并且伴有跳数现象。这也是一些数字电压表在雷雨季节无法正常工作的主要原因。对于受潮的印制板,可擦净表面,然后用电吹风烘干,以消除漏电。

有些精密集成电路,专门设置了防止极间漏电用的保护环。例如由美国哈里斯公司生产的ICL7650型斩波自稳零式精密运算放大器,HI7195A型带微处理器的5 1/2位A/D转换器,均设置了两个保护环引出端。设计电路时将两个保护环接地,即可消除印制板上轻微漏电对测量所造成的影响。

5、滤波技术

滤波是指从混有干扰或噪声的信号中获取有用信号的方法,能实现上述功能的部件叫滤波器。在数字仪表中常见的滤波器主要有三种:无源滤波器,有源滤波器,数字滤波器。


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