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计算机接口电路抑制干扰的方法探讨

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    长安大学信息工程学院 陕西西安 710064    
应合理
 
摘 要:当干扰电平达到或超过有用信号电平时,计算机系统将不能正常工作。本文对抑制干扰的方法进行了探讨。
关键词:计算机;接口电路;干扰;抑制 
引言
  当前微型机的普及为数据采集、过程控制等创造了有利条件。模拟量与数字量之间进行转换时,接口电路存在着干扰电平,当干扰电平达到或超过有用信号电平时,系统将不能正常工作。所以,抗干扰问题对于计算机接口电路来说是十分重要的。
1 干扰的途径
  干扰的形成具有3个要素:  干扰源、耦合通道和受感器。 来自高压线路、电流、辐射、雷达、微波、大气电场等的干扰源产生电压或电流干扰波,这些干扰波可以是直流的、交流的、正弦的,也可以是瞬息变化的,干扰源产生的电压或电流干扰波通过各种耦合使   接口电路的信号产生干扰电压或电流窜入计算机系统,影响计算机系统的正常工作。
  干扰进入计算机接口电路的一般耦合形式如图1所示。
  
                       图1接口电路
  图中U1,Z1,和Z12组成电路1,回路电流I1,U2,Z2和Z12组成电路2,回路电流I2,其中Z12为电路1和电路2的公共阻抗。当电路1的作用电压为U1时,电压经过Z1加到Z12上,若电路2开路, 图  2  数据传输波形图
   
由电路1耦合到电路2的电压U2为:  
 其中:当Z12=∞时,U2=U1,即被干扰电路所产生的电压最大,此为直接耦合形式;
  当Z12=0时,即电路不受干扰。
  在一般情况下,电路1与电路2通过公共阻抗Z12耦合。
  干扰按其进入计算机接口电路的方式可分为常模干扰和共模干扰两种形式。而在一个具体的接口电路中干扰所反映的则是多种途径所产生的干扰的总和。
2 抑制干扰的方法
  抑制干扰的方法很多,要使干扰抑制有良好的效果,往往需要同时采取几种抑制干扰的措施,以确保计算机系统的正常工作。下面从硬件的角度提出几种抗干扰的方法。
    (1)控制脉冲上升时间减少干扰
  数据传输时,脉冲的陡峭边缘表明信号含有高频分量(如图2(a)所示)。这些高频分量为基波的高次谐波带来的问题是他们很容易耦合到附近的信号线上引起交叉串扰。就电容性耦合的影响来说,高频比低频更厉害。在信号线中
    去掉不必要的高频分量,可大大削弱交叉串扰。所以应采取措施控制波形的上升时间来限制信号电压的快速变化。
    (2)用双绞线引入各输入量
  共模电压只有变成常模电压才能对系统产生干扰。为此,要尽量做到线路平衡,通常采用差分放大器的输入方式。用双绞线引入各输入量可消除空间电磁场对输入信号的串模干扰.这是因为空间电磁场在双绞线的2根导线中产生的干扰电压恰好相互抵消,故应在差分输入方式中采用双绞线引入各输入量。
  (3)正确采取屏蔽措施
  屏蔽也是效果显著的抗干扰措施。若在强磁场干扰现场的屏蔽电线连接处理不当,则达不到预期的屏蔽效果。所以,我们在强磁场干扰现场还应选择截止频率高的电线,并尽量缩短连接处屏蔽层的剥离层长度,以避免干扰波直接进入信号导线。正确选定屏蔽接地点,避免在屏蔽层与地之间形成环流。当屏蔽导体有电流时,通过屏蔽导体与信号导线间的耦合电容,将对信号导线产生干扰。为了抑制共模抑制比,在数据采集和处理的装置内增加内屏蔽罩,使差分信号低端不直接接地,而与内屏蔽连接,并与地浮离,以增加低端对地的阻抗。
    (4)正确应用接地措施
  因各种干扰均会在地线上产生相应的电流,致使在地线电阻上引起干扰电压,这是电路不稳定的因素之一。抑制的方法是将地线尽量加粗,以降低公共阻抗,并且严格区分模拟地、数字地及机壳地,尽量避免他们通过公共阻抗耦合产生干扰,应将他们以单线方式接入总地点。
  在数据采集等应用方面完全用硬件消除干扰是很困难的,可以通过硬件与软件两方面的措施来实现。以下是软件方面通过数字滤波来处理变化较快的工频周期性干扰信号和随机干扰信号。
  ①工频(50 Hz)周期性干扰信号,是按正弦规律变化,在数据采集过程中可用采n次,求算术平均值的方法来消除。但应保证采样频率和干扰频率保持倍频同步,这样对于周期性干扰分量大小相等而方向相反,相加后可互相
   抵消。
  ②随机干扰按正态分布规律变化,由于正态分布的对称性,将以等概率双向出现,在用算术平均法消除工频周期性干扰信号时,对于偏差过大的那些完整脉冲型随机干扰信号已超过允许误差的情况下,通过检查对越限项进行报警,并对越限项调用专门子程序进行处理,处理后再由D/A交换器输出,这样可对越限项进行闭环控制。
3 结 语
  分析抗干扰问题,采取抗干扰措施,同时还要提高系统本身(受感器)的抗干扰能力,才能保证计算机系统工作的可靠性。
参考文献
[1] 徐大纹.计算机接口电路抗干扰问题的探讨[J].电子计算机外部设备,1994.
[2] 綦希林,等.工业控制计算机应用100例[M].微计算机信息编辑部,1998.

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