第10章 抗干扰技术及微机接口技术（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

第10章 抗干扰技术及微机接口技术 知识目标 通过本课题的学习，要求掌握干扰的概念，熟悉干扰的来源及干扰形式，了解传感器与微机的接口电路。 技能目标 通过本课题的学习，能够根据不同干扰源采用相应的干扰抑制措施，熟悉 A/D转换器（ADC）的主要技术指标，能合理选择ADC并能与微机连接。 10.1 传感器抗干扰技术 10.1.1干扰的来源及形式 　　1.外部干扰 ⑴从外部侵入检测装置的干扰称为外部干扰。 来源于自然界的干扰称为自然干扰。自然干扰主要来自天空，如雷电、宇宙辐射、太阳黑子活动等 来源于其他电气设备或各种电操作的干扰，称为人为干扰（或工业干扰）。人为干扰来源于各类电气、电子设备所产生的电磁场和电火花，及其他机械干扰、热干扰、化学干扰等。 ⑵电气设备的干扰 工频干扰：大功率输电线，甚至就是一般室内交流电源线对于输入阻抗高和灵敏度甚高的测量装置来说都是威胁很大的干扰源。在电子设备内部，由于工频感应而产生干扰， 如果波形失真，则干扰更大。  　　射频干扰： 指高频感应加热、高频介质加热、高频焊接等工业电子设备通过辐射或通过电源线给附近测量装置带来的干扰。 　 电子开关通断干扰：电子开关、电子管、晶闸管等大功率电子开关虽然不产生火花，但因通断速度极快，使电路电流和电压发生急剧的变化，形成冲击脉冲而成为干扰源。 2.内部干扰 　⑴固有噪声源 　 热噪声：又称为电阻噪声。由电阻内部载流子的随机热运动产生几乎覆盖整个频谱的噪声电压。 散粒噪声：它由电子器件内部载流子的随机热运动产生。 低频噪声：又称为1/f噪声。它取决于元器件材料表面的特性。 接触噪声：它也是一种低频噪声。 ⑵信噪比(S/N) 　　在测量过程中，人们不希望有噪声，但是噪声不可能完全排除，也不能用一个确定的时间函数来描述。实践中只要噪声小到不影响检测结果, 是允许存在的，通常用信噪比来表示其对有用信号的影响，而用噪声系数Nf表征器件或电路对噪声的品质因数。 3.干扰的传输途径 ⑴通过“路”的干扰 　泄漏电阻： 共阻抗耦合干扰： 经电源线引入干扰： ⑵通过“场”的干扰 通过电场耦合的干扰： 通过磁场耦合的干扰 通过辐射电磁场耦合的干扰 4.干扰的作用方式　 ⑴串模干扰 图10-1串模干扰等效电路 ⑵共模干扰 图10-2 共模干扰等效电路 ⑶共模抑制比（CMRR）  　　共模噪声只有转换成差模噪声才能形成干扰， 这种转换是由测量装置的特性决定的。 因此，常用共模抑制比衡量测量装置抑制共模干扰的能力， 定义为 10.1.2抑制干扰的途径 1.消除或抑制干扰源 如使产生干扰的电气设备远离检测装置；对继电器、接触器、断路器等采取触点灭弧措施或改用无触点开关；消除电路中的虚焊、假接等。  2.破坏干扰途径 提高绝缘性能， 采用变压器、 光电耦合器隔离以切断“路”径； 利用退耦、 滤波、 选频等电路手段引导干扰信号转移； 改变接地形式消除共阻抗耦合干扰途径；对数字信号可采用甄别、限幅、整形等信号处理方法或选通控制方法切断干扰途径。 3.削弱接收电路对干扰的敏感性 例如电路中的选频措施可以削弱对全频带噪声的敏感性，负反馈可以有效削弱内部噪声源，其他如对信号采用绞线传输或差动输入电路等。 10.1.3 屏蔽技术 1.静电屏蔽 　　众所周知， 在静电场作用下， 导体内部各点等电位， 即导体内部无电力线。 因此， 若将金属屏蔽盒接地， 则屏蔽盒内的电力线不会传到外部，外部的电力线也不会穿透屏蔽盒进入内部。 前者可抑制干扰源， 后者可阻截干扰的传输途径。 所以静电屏蔽也叫电场屏蔽， 可以抑制电场耦合的干扰。 2.电磁屏蔽  电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰， 屏蔽体采用良导体材料（铜、 铝或镀银铜板）， 利用高频电磁场在屏蔽导体内产生涡流的效应， 一方面消耗电磁场能量， 另一方面涡电流产生反磁场抵消高频干扰磁场， 从而达到磁屏蔽的效果。 当屏蔽体上必须开孔或开槽时， 应注意避免切断涡电流的流通途径。 若把屏蔽体接地， 则可兼顾静电屏蔽。 若要对电磁线圈进行屏蔽， 屏蔽罩直径必须大于线圈直径一倍以上， 否则将使线圈电感量减小，Q值降低。 3.磁屏蔽 图10-3 磁屏蔽的原理图 4.驱动屏蔽的概念 图10-4 驱动屏蔽原理图 10.1.4 接地技术 1.电气、电子设备中的地线 　　接地起源于强电技术。为保障安全， 将电网零线和设备外壳接大地， 称为保安地线。 对于以电能作为信号的通信、测量、计算控制等电子技术来说，把电信号的基准电位点称为“地”， 它可能与大地是隔绝的，称为信号地线。信号地线分为模拟信号地线和数字信号地线两种。 另外从信号特点来看，还有信号源地线和负载地线。 2. 一点接