計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾措施

姜思明

摘要： 微機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，隨著微機(jī)在工業(yè)測控中的廣泛應(yīng)用，微機(jī)系統(tǒng)的可靠性成為一個重要課題。抗干擾設(shè)計是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制中不可忽視的一個重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：微機(jī)系統(tǒng)；抗干擾；可靠性

1 微機(jī)系統(tǒng)中的主要干擾渠道

工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入微機(jī)，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，如圖所示：即空間干擾，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)；過程通道干擾，干擾通過與主機(jī)相連的前向通道、后向通道及與其它主機(jī)的相互通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾。一般情況下空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其它兩個渠道竄入的干擾，而且空間干擾可用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以解決，故微機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)重點防止供電系統(tǒng)與過程通道的干擾。

2 供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾，微機(jī)系統(tǒng)可采取如下的供電配置：

2.1交流穩(wěn)壓器

用來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓，有利于提高整個系統(tǒng)的可靠性。

2.2隔離變壓器

考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級間寄生電容耦合的，因此，隔離變壓器的初級和次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾的能力。

2.3低通濾波器

由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾源大部分是高次諧波，因此采用低通濾波 讓50周市電基波通過，濾去高次諧波，以改善電源波形。

2.4采用分散獨立功能塊供電

每個功能塊單獨對電壓過載進(jìn)行保護(hù)，不會因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個系統(tǒng)破壞，而且也減少了公共阻抗的相互耦合以及和公共電源的相互耦合，大大提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。

2.5 采用高抗干擾穩(wěn)壓電源及干擾抑制器

在電源配置中還可以采取下列措施：

·利用反激變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

·采用頻譜均衡法原理制成的干擾抑制器。

·采用超隔離變壓器穩(wěn)壓電源。

3 過程通道干擾及抗干擾措施

過程通道是前向接口、后向接口與主機(jī)或主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂剑谶^程通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率愈來愈高，微機(jī)系統(tǒng)過程通道的長線傳輸愈來愈不可避免。微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減、與通道干擾。為了保證長線傳輸?shù)目煽啃裕饕胧┯泄怆婑詈细綦x、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。

3.1光電耦合隔離措施

采用光電耦合器可以將主機(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機(jī)。光電耦合的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。

·光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻則很大，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很小。

·干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。

·光電耦合器是在密封條件下實現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合，不會受到外界光的干擾。

·輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，而且絕緣電阻很大，因此回路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。

在傳輸線較長，現(xiàn)場干擾強(qiáng)烈時，為了提高整個系統(tǒng)的可靠性，可通過光電耦合器將長線完全浮置起來。這樣處理去掉了長線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配等問題，同時也可以防止受控設(shè)備短路時保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。

在強(qiáng)干擾環(huán)境下，為了保證微機(jī)系統(tǒng)有較高的可靠性，還可采用光電耦合器將微機(jī)部分與其它所有外接通道實行完全隔離浮置的方法。

3.2雙絞線傳輸

在微機(jī)實時系統(tǒng)的長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線。與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)。雙絞線能使各個小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。距離信號源近，可起到積分作用，故雙絞線對電磁場具有一定抑制效果，但對接地與節(jié)距有一定要求。

3.3長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?/p>

長線傳輸時，阻抗不匹配的傳輸線會產(chǎn)生反射，使信號失真，其危害程度與系統(tǒng)的工作速度及傳輸線的長度有關(guān)。

3.4長線的電流傳輸

長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。

4 空間干擾及抗干擾措施

空間干擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部和外部。市電電源線是無線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時，它又是輻射天線，因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時存在輻射、接收、調(diào)制。

在現(xiàn)場解決空間干擾時，首先要正確判斷是否是空間干擾，可用如下的方法進(jìn)行判斷：即在系統(tǒng)供電電源入口處接入微機(jī)干擾抑制器或磁飽和穩(wěn)壓器，觀察干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如存在則可認(rèn)為是空間干擾。空間干擾不一定來自系統(tǒng)外部。空間干擾的抗干擾設(shè)計主要是地線系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計。

參考文摘

[1]單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計何立民北京航空航天大學(xué)出版社