五、计算机控制系统的抗干扰设计 浙江大学控制科学与工程学系 1千扰的耦合方式 2几种典型的千扰噪声 3千扰的抑制方法 31屏蔽 32接地 33布线 34静电防护 4电源系统的防雷设计简介 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 1 五、计算机控制系统的抗干扰设计 1.干扰的耦合方式 2.几种典型的干扰噪声 3.干扰的抑制方法 3.1 屏蔽 3.2 接地 3.3 布线 3.4 静电防护 4.电源系统的防雷设计简介
1干扰的耦合方式 浙江大学控制科学与工程学系 传导耦合干扰源与被千扰对象通过电源线、信号线、接地线相连 辐射干扰干扰源通过空间传播将干扰耦合到被千扰对象 串扰干扰源和被千扰对象没有直接联系,但当它们的导线或引 线相互靠近时会产生寄生电容和寄生电感 天线耦合 干扰噪声: 公共阻抗耦合 电流 电压 静电耦合 电场 线线串扰 被干扰设备 磁场 场-差模耦合 场-共模耦合 电源线耦合 电路性—电流、电压电容性一电场 电感性一磁场 一计算机线能装置
—计算机控制装置— 2 1.干扰的耦合方式 传导耦合 辐射干扰 串 扰 干扰源与被干扰对象通过电源线、信号线、接地线相连 干扰源通过空间传播将干扰耦合到被干扰对象 干扰源和被干扰对象没有直接联系，但当它们的导线或引 线相互靠近时会产生寄生电容和寄生电感 干扰噪声： 电流 电压 电场 磁场 天线耦合 公共阻抗耦合 静电耦合 场-差模耦合 场-共模耦合 电源线耦合 线-线串扰 Σ 被干扰设备 电路性—电流、电压 电容性—电场 电感性—磁场
①分时含(电生) 浙江大学控制科学与工程学系 公共阻抗耦合:干扰源往往通过某些公共导体耦合到被干扰设备上,通常是 个回路、电源总线、公共负载、公共接地等,这是最常见的耦合方式。 电源 单电源、多负载→负载电流→公共阻抗形成电压→较大时会影响其他设备 电源①电源2① 多电源、共地→负载电流→地线阻抗形成电压→较大时会影响其他设备 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 3 ① 公共阻抗耦合（电路性） 单电源、多负载→负载电流→公共阻抗形成电压→较大时会影响其他设备 电源 i m n C ni i U Z I = = 1 ZC n I 1 n I 2 nm I 公共阻抗耦合：干扰源往往通过某些公共导体耦合到被干扰设备上，通常是 一个回路、电源总线、公共负载、公共接地等，这是最常见的耦合方式。 电源1 ZC n I 1 多电源、共地→负载电流→地线阻抗形成电压→较大时会影响其他设备 电源2 n I 2
浙江大学控制科学与工程学系 电源2z|z2 单电源,多负载→负载瞬变→浪涌噪声→影响其他负載 漏电流耦合 ∝U./R 由流经绝缘电阻的漏电流引起的千扰电压,其影响一般不很严重; 当绝缘被击穿时,影响非常显著。 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 4 单电源，多负载→负载瞬变→浪涌噪声→影响其他负载 电源 Z1 Z2 Z m 漏电流耦合 / ni n f I U R 由流经绝缘电阻的漏电流引起的干扰电压，其影响一般不很严重； 当绝缘被击穿时，影响非常显著。 Un ~ ZC ni I
②盖电合(健 浙江大学控制科学与工程学系 Cm2负载 设备(元器件)、导线间存在分布电容,静电经电容耦合感应形成千扰电压 频域:U joCmZ+1 复频域:Cm=~2 U 1/sC +Z 1+sC Z 时域:Un=C.Z出n 故信号放大器的输入阻抗Z尽可能小,一般在几百9及以下。 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 5 ② 静电耦合（电容性） m i ni n m i j C Z U U j C Z = +1 设备（元器件）、导线间存在分布电容，静电经电容耦合感应形成干扰电压 ~ Un Cm 负载 S I Uni Zi m i j C Z m i n j C Z U = = 1 故信号放大器的输入阻抗 Zi 尽可能小，一般在几百Ω及以下。 频域： 复频域： i m i ni n n m i n m i m i Z sC Z U U U sC Z U sC Z sC Z = = 1 1 + + 时域： n ni m i dU U C Z dt =
浙江大学控制科学与工程学系 多干扰源 Un=JaCmUnZ t jacm2Un2 Z+ joCm3Un3 Z+ 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 6 多干扰源 U j C U Z j C U Z j C U Z ni m n i m n i m n i = + + + 1 1 2 2 3 3 … ~ Un1 Cm1 Un2 Uni Zi ~ Cm2 ~ Un3 Cm3
③串扰解合 浙江大学控制科学与工程学系 导线1 M 导线2 U 导线→导线电感 导线↑→导线电感↑→电感感抗↑(与频率成正比)jM2=12n几 两根邻近输电线→会形成互感Mn 导线1电流会在另一导线形成串联互感干扰电压Um=J0Mm1, 如果导线1上电流有高频变化,则相邻其它导线上的互感电压也可能会很显著 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 7 导线→导线电感 导线↑→导线电感↑ →电感感抗↑ (与频率成正比) 两根邻近输电线→会形成互感 导线1电流会在另一导线形成串联互感干扰电压 ③ 线-线串扰耦合 M m n I ~ Uni M m L jM j fL = 2 U j M I ni m n = 如果导线1上电流有高频变化，则相邻其它导线上的互感电压也可能会很显著 U sM I ni m n = n ni m dI U M dt = 导线1 导线2
浙江大学控制科学与工程学系 典到的就 Cm、Lm分别为寄生电容和寄生电感 电容性耦合电压 du 电感性耦合电压 Requ为被干扰回路的等效电阻,图中即为两个电阻的并联值。 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 8 ·典型的线-线串扰 n ni C m equ dU U C R dt − = Requ为被干扰回路的等效电阻，图中即为两个电阻的并联值。 n I Cm M m C Un m、Lm分别为寄生电容和寄生电感 电容性耦合电压 n ni M m dI U M dt − = 电感性耦合电压
④电罩 浙江大学控制科学与工程学系 △ 电源 ZCL U=Z∑m 直流或者交流电源受到千扰,电源线又将这些千扰传送给其他设备 这往往是系统中最主要的千扰源 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 9 ④ 电源线耦合 直流或者交流电源受到干扰，电源线又将这些干扰传送给其他设备 这往往是系统中最主要的干扰源 电源 i m n C ni i U Z I = = 1 ZC n I 1 n I 2 nm I
就鲨 浙江大学控制科学与工程学系 共模千扰:在导线对上产生(幅值相等)相位相同的噪声。 差模干扰:在导线对上产生相位相反的噪声。 更确切地说,幅值不相等、或者极性不相同的噪声 两根传输导线往返的干扰—一差模干扰 两根传输导线为去向,地线返回——共模干扰 CM2 0 通常会同时存在,并可能相互转化 D×0 一计算机接能装置一
—计算机控制装置— 10 ⑤ 差模干扰和共模干扰 共模干扰：在导线对上产生（幅值相等）相位相同的噪声。 差模干扰：在导线对上产生相位相反的噪声。 更确切地说，幅值不相等、或者极性不相同的噪声 UCM1 UCM2 UDM1 UDM2 UCM UDM 一般情况下 UCM = 0 U U CM CM 1 2 = UDM 0 两根传输导线往返的干扰——差模干扰 两根传输导线为去向，地线返回——共模干扰 通常会同时存在，并可能相互转化