电子电路抗干扰及噪声问题的研究

时间:2022-10-05 10:50:02

电子电路抗干扰及噪声问题的研究

摘 要 电子电路的理论设计在实际安装及调试过程中,受外部及内部不同因素及特定环境的影响,会暴露出许多缺陷,如:数据不准、偏差、控制失控等问题。查找原因其根源很多是干扰及噪声导致设备不稳定。本文依照理论分析,根据实际经验和专业技巧,对常规干扰及噪声做了认真的分析,采取相应的技术措施,控制和抑制干扰及噪声。

关键词 噪声;抗干扰;抑制噪声

中图分类号:TN710 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)21-0054-02

系统噪声问题严重影响着系统性能,因此必须采取合理的控制和抑制干扰的策略,有效降低系统噪声干扰,保证系统稳定工作。

1 噪声分类

一个系统,包含若干个环节,无论是正常工作,还是调试过程,都会遇到不同类型的干扰及噪声,由于这些不良因素,造成设备不能正常工作。

1)电网噪声。企业设备一般是由市电提供,在市电网中,存在脉冲小于1μs的脉冲电压噪声和脉宽大于10ms的持续噪声。在时间段上,用电量不同,按常规检测结果,高峰期电压不稳定,经常是瞬时降低,瞬时升高,并叠加高频噪声。这些瞬变电压的波形是不规则的脉冲,产生振荡脉冲,形成噪声干扰源。

2)开关电源噪声。电源是电子电路构成各种电子设备的动力,它的稳定度直接影响设备的质量。在系统中电子线路供电一般采用低压直流电,它是由交流220V电压经过变压、整流、滤波后,得到需要的直流电压。由于交流电网的传导噪声及电源内部元件转换噪声,都会产生不规则脉冲纹波,形成噪声干扰源。

3)交变信号切换噪声。系统采用的元器件,如:电机、功率级、触点开关等,在工作状态都会产生不同程度的干扰脉冲,导致逻辑电路误动作,出现程序中断,使单片机死机等现象。在生产现场光电检测装置,极易受到各种电磁干扰的影响,导致输出波形发生畸变失真,使反馈到调速系统的信号与实际值产生偏差,使系统出现不规则运行、精度下降等现象。

2 噪声抑制

抑制噪声确保电信号波形质量,是非常重要的,因为波形的质量,将直接影响系统精度和稳定性,是设计者关注的主要问题,因此工程技术人员进行电路系统设计时,首先要考虑几种可能出现的干扰,减少干扰传输途径,提高抗干扰能力。

1)降低电网噪声。抑制交流噪声,最有效的措施是在交流进线中串联低通滤波器,它能抑制电网带来的高频和脉冲噪声等干扰。条件允许时,可安装交流稳压器,实现电源和负载之间的完全隔离,对输入端的干扰脉冲有很好的抑制能力。

2)控制开关电源噪声。控制了交流噪声,在A/D转换过程中,还存在部分纹波噪声,常规方法加大滤波电容,这种方法适用于普通设备,本文强调的是,精密设备必须考虑几点合理措施。

①根据工作经验,设备的地线可分为系统地、机壳地、屏蔽地,接地的目的一是安全,二是提高抑制能力,注意接地电阻应小于4Ω。在工艺结构上,导线截面必须符合设计的电流流量,引线能短则短,合理配合布线,也是消除噪声的好方法。

②在线路地与设备主机机壳之间接1只无极性高频电容,也能较好的抑制高频噪声。

③在电容器中,聚丙烯电容具有极低的串联电阻,并不随频率的升高而变化,还具有温度特性好的特点,能通过几安培的电流,是精密设备常选用的重要元件。

④合理选择设备输出信号传输线,采用双绞屏蔽电缆取代普通屏蔽电缆。双绞屏蔽电缆具有两个重要的技术特性,一是对电缆受到的电磁干扰具有较强的防护能力,因为空间电磁场在线上产生的干扰电流可以互相抵消。双绞屏蔽电缆的另一个技术特点是互绞后两线间距很小,两线对干扰线路的距离基本相等,两线对屏蔽网的分布电容也基本相同,这对抑制共模干扰效果更加明显。

3)抑制交变波形切换噪声。外场或生产车间,实际存在各种电磁干扰源,对数据采集装置和数据处理装置产生干扰,在输入、输出波形上出现杂波,导致逻辑电路产生误发脉冲,与实际值出现偏差。数据采集应用的差分放大器,是处理模拟信号的重要环节,电路如图1所示。

图1 差分放大电路图

收管得到的光,是输入端的微弱信号,受各种内、外因素的影响,波形质量不是很好,自身带有杂波,将到它的正弦信号波形传递给逻辑电路,整形为方波。因此正弦信号波形质量将直接影响逻辑电路的判断,对控制系统产生决定性的作用。若误动作将导致控制错误,造成试验或生产事故。

4)差分放大器法抑制噪声。

①并联电容抑制噪声。

采用差分放大器作幅值型细分时,要求正弦波有非常好的波形质量,因为它的数据是在波形上分段取值,当正弦信号波形上浮有杂波时,将直接影响细分精度,为此必须滤掉杂波,才能确保细分精度。

根据实验在差分放大器反馈电阻上并联1只5~10P的小电容,就能有效滤掉杂波,得到精准的正弦波。

图2 正弦波波形

②接入电阻抑制噪声。

在差分放大器上,还有一个现象,就是在正弦sin与余弦Cos相间交汇时,产生相间交汇脉冲,这个脉冲不仅影响细分精度,严重时导致数据错误,处理方法,就是在输出端与负电压之间,根据脉冲的大小加1只几百欧~1K的小电阻,就能有效消除掉相间交汇脉冲。

3 结论

保证产品质量,需要在实际工作中不断的发现问题、解决问题。本文的改进措施,实施方法简单可靠,将在设备中得到广泛应用。

参考文献

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