课题13 抗干扰技术及微机接口技术（课件）- 《传感器与检测技术应用》同步教学（北京理工大学版）

课题13 抗干扰技术及微机接口技术 任务1 抗干扰技术 任务2 传感器与微机接口技术 任务3 微机接口项目实训—数字式温度计的设计与制作 返回 1 任务1 抗干扰技术 干扰(也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。 1.干扰的来源及形式 (1)外部干扰 ①从外部侵入检测装置的干扰称为外部干扰。其中来源于自然界的干扰称为自然干扰;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)。 自然干扰主要来自天空，如雷电、宇宙辐射、太阳黑子活动等，对广播、通信、导航等电子设备影响较大，而对一般工业用电子设备(检测仪表)影响不大。 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 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。 ②电气设备干扰的特点 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。 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 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。在一定的电路参数下还会产生阻尼振荡，构成高频干扰。 (2)内部干扰 ①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。 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 ②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。 信噪比S/N是用有用信号功率PS和噪声功率PN或信号电压有效值US与噪声电压有效值UN的比值的对数来表示，即 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 噪声系数NF等于输入信噪比与输出信噪比的比值，即 信噪比小，信号与噪声就难以分清，若S/N=1，就完全分辨不出信号与噪声。信噪比越大，表示噪声对测量结果的影响越小，在测量过程中应尽量提高信噪比。 (3)干扰的传输途径 ①通过“路”的干扰 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 泄漏电阻:元件支架、探头、接线柱、印刷电路以及电容器内部介质或外壳等绝缘不良等都可产生漏电流，引起干扰。 共阻抗藕合干扰:两个以上电路共有一部分阻抗，一个电路的电流流经共阻抗所产生的电压降就成为其他电路的干扰源。在电路中的共阻抗主要有电源内阻(包括引线寄生电感和电阻)和接地线阻抗。 经电源线引入干扰:交流供电线路在现场的分布很自然地构成了吸收各种干扰的网络，而且十分方便地以电路传导的形式传遍各处，通过电源线进入各种电子设备造成干扰。 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 ②通过“场”的干扰 电场藕合的干扰:电场藕合是由于两支路(或元件)之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性藕合。 磁场藕合的干扰:当两个电路之间有互感存在时，一个电路中的电流变化，就会通过磁场藕合到另一个电路中。例如，变压器及线圈的漏磁，两根平行导线间的互感就会产生这样的干扰。因此这种干扰又称互感性干扰。 辐射电磁场藕合的干扰:辐射电磁场通常来自大功率高频用电设备、广播发射台、电视发射台等。例如，当中波广播发射的垂直极化强度为100 mV/m时，长度为10 cm的垂直导体可以产生5 mV的感应电势。 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 (4)干扰的作用方式 ①串模干扰 凡干扰信号和有用信号按电势源的形式串联(或按电流源的形式并联)起来作用在输入端的称为串模干扰，串模干扰又常称为差模干扰，它使测量装置的两个输入端电压发生变化，所以影响很大。其等效电路如图13 -2所示。 ②共模干扰 干扰信号使两个输入端的电位相对于某一公共端一起变化(涨落)的属于共模干扰，其等效电路如图13-3所示。共模干扰本身不会使两输入端电压变化，但在输入回路两端不对称的条件下，便会转化为串模干扰。因共模电压一般都比较大，所以对测量的影响更为严重。 上一页 下一页 返回 任务1 抗干扰技术 ③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