第5章应用程序设计和实现技术(3) 抗干扰技术 51千扰的 播途径 播途径 线传到 456 揉驾 电接 53软件抗措 5.3.1指令元杀技术 术 5.4程席运行监视系统 : 4.2 Watchdog Timer sEt 安欲程利枝恬览
1 第5章 应用程序设计和实现技术(3) 抗干扰技术 5.1 干扰的来源与传播途径 5.1.1 干扰的来源 5.1.2 干扰的传播途径 5.2 硬件抗干扰措施 5.2.1 串模干扰的抑制 5.2.2 共模干扰的抑制 5.2.3 长线传输干扰的抑制 5.2.4 信号线的选择与敷设 5.2.5 电源系统的抗干扰 5.2.6 接地系统的抗干扰 5.3 软件抗干扰措施 5.3.1 指令冗余技术 5.3.2 软件陷阱技术 5.4 程序运行监视系统 5.4.1 Watchdog Timer工作原理 5.4.2 Watchdog Timer实现方法
计算机控制系统的被控变量分布在生产现场的 各个角落,因而计算机是处于干扰频繁的恶劣环境 中干扰是有用信号以外的噪声这些干扰会影响系 统的测控精度降低系统的可靠性甚至导致系统的 运行混乱造成生产事故 但千扰是客观存在的所以人们必须研究千扰 以采取相应的抗千扰措施本章主要讨论干扰的来 源、传播途经及抗干扰的措施 安欲程利枝恬览
2 计算机控制系统的被控变量分布在生产现场的 各个角落,因而计算机是处于干扰频繁的恶劣环境 中,干扰是有用信号以外的噪声,这些干扰会影响系 统的测控精度,降低系统的可靠性,甚至导致系统的 运行混乱,造成生产事故. 但干扰是客观存在的,所以,人们必须研究干扰, 以采取相应的抗干扰措施.本章主要讨论干扰的来 源、传播途经及抗干扰的措施
51千扰的来源与传播途径 5.1.1千扰的来源 干扰的来源是多方面的有时甚至是错综复杂的干扰有的 来自外部有的来自内部 外部干扰由使用条件和外部环境因素决定外部干扰环境 如图5-1所示有天电千扰如雷电或大气电离作用以及其他 气象引起的千扰电浪;天体千扰如太阳或其他星球辐射的电 磁浪;电气设备的干扰如广播电台或通讯发射台发出的电磁 波,动力机械、高频炉、电焊机等都会产生千扰;此外,荧光灯 开关、电流断路器、过继电器、指示灯等具有瞬变过程 的设备也会产生较大的千扰来自电源的工频干扰也可视为 外部干扰 安欲程利枝恬览
3 干扰的来源是多方面的,有时甚至是错综复杂的.干扰有的 来自外部,有的来自内部. 外部干扰由使用条件和外部环境因素决定.外部干扰环境 如图5-1所示,有天电干扰,如雷电或大气电离作用以及其他 气象引起的干扰电波;天体干扰,如太阳或其他星球辐射的电 磁波;电气设备的干扰,如广播电台或通讯发射台发出的电磁 波,动力机械、高频炉、电焊机等都会产生干扰;此外,荧光灯、 开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬变过程 的设备也会产生较大的干扰;来自电源的工频干扰也可视为 外部干扰. 5.1.1 干扰的来源 5.1 干扰的来源与传播途径
高压电缆 闪电 微机控制系统 雷达、电台 等天线发射 Q 地电位液动 引入噪声 电机、电焊机 等大用电设备 交流动力线 图5-1外部干扰环境 4 安欲程利枝恬览
4 高压电缆 闪电 雷达、电台 等天线发射 微机控制系统 地电位波动 电机、电焊机 等大用电设备 引入噪声 交流动力线 图5-1 外部干扰环境
内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入 的内部干扰环境如图5-2所示有分布电容、分布电感引 起的耦合感应电磁场辐射感应长线传输造成的波反射 多点接地造成的电位差引入的千扰;装置及设备中各种 寄生振荡引入的千扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声 等引入的千扰;甚至元器件产生的噪声等 PCB Printed Circuit Board 圈52内部干扰环境 安欲程利枝恬览
5 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入 的.内部干扰环境如图5-2所示,有分布电容、分布电感引 起的耦合感应,电磁场辐射感应,长线传输造成的波反射； 多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种 寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声 等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等. 图5-2 内部干扰环境 PCB Printed Circuit Board
5.12千扰的传播途径(了解) 干扰传播的途径主要有三种静电耦合,磁场耦合公 共阻抗耦合. 1.静电耦合 导线1 导线2 C C C R 图5-3导线之间的静电耦合 6 安欲程利枝恬览
6 干扰传播的途径主要有三种:静电耦合,磁场耦合,公 共阻抗耦合. 1.静电耦合 5.1.2 干扰的传播途径(了解) 导线1 导线2 C 12 C 1g U 1 C 2g R U n 图5-3 导线之间的静电耦合
静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其它线路 的两根并排的导线之间会构成分布电容,如PCB版 上印制线路之间、变压器绕线之间都会构成分布电 容 图5-3给出两根平行导线之间静电耦合的示意电 路,C2是两个导线之间的分布电容,C1g、C2g是导线 对地的电容R是导线2对地电阻如果导线1上有信号 U存在那么它就会成为导线2的干扰源在导线2上 产生干扰电压Un显然干扰电压Un与干扰源U1、 分布电容C2、C29的大小有关 安欲程利枝恬览
7 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其它线路 的.两根并排的导线之间会构成分布电容,如PCB版 上印制线路之间、变压器绕线之间都会构成分布电 容. 图5-3给出两根平行导线之间静电耦合的示意电 路,Cl2是两个导线之间的分布电容,C1g、C2g是导线 对地的电容,R是导线2对地电阻.如果导线1上有信号 U1存在,那么它就会成为导线2的干扰源,在导线2上 产生干扰电压Un.显然,干扰电压Un与干扰源U1、 分布电容Cl2、C2g的大小有关
2.磁场耦合 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的在任 何载流导体周围空间中都会产生磁场而交变磁场则对其 周围闭合电路产生感应电势如设备内部的线圈或变压器 的漏磁会引起干扰还有普通的两根导线平行架设时也会 产生磁场干扰如图54所示 如果导线1为承载着10kV的交流输电线导线2为与之相 距1米并平行走线10米的信号线两线之间的互感M会使信 号线上感应到的干扰电压Un高达几十毫伏 如果导线2是连接热电偶的信号线那么这几十毫伏的千 扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号 安欲程利枝恬览
8 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的.在任 何载流导体周围空间中都会产生磁场,而交变磁场则对其 周围闭合电路产生感应电势.如设备内部的线圈或变压器 的漏磁会引起干扰,还有普通的两根导线平行架设时,也会 产生磁场干扰,如图5-4所示. 如果导线1为承载着10kV的交流输电线,导线2为与之相 距1米并平行走线10米的信号线,两线之间的互感M会使信 号线上感应到的干扰电压Un高达几十毫伏. 如果导线2是连接热电偶的信号线,那么这几十毫伏的干 扰噪声足以淹没热电偶传感器的有用信号. 2.磁场耦合
导线1 导线2 RI M R2 图5-4导线之间的磁场耦合 安欲程利枝恬览
9 导 线 1 导 线 2 R2 R1 R3 I1 U1 Un M 图5-4 导线之间的磁场耦合
3公共阻抗耦合 公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个 公共阻抗时一个电路在该阻抗上的电压降会影 响到另一个电路从而产生干扰噪声的影响图5 5给出一个公共电源线的阻抗耦合示意图 10 安欲程利枝恬览
10 公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个 公共阻抗时,一个电路在该阻抗上的电压降会影 响到另一个电路,从而产生干扰噪声的影响.图5- 5给出一个公共电源线的阻抗耦合示意图. 3.公共阻抗耦合