电路干扰（精选九篇）
电路干扰 篇1
发射机的控制电路一般输出的是24 V小信号, 输入的也是小直流电压, 传感器的接口电路的信号小易受到干扰, 检测后, 干扰小信号对后面的控制电路判定产生误差, 重则使检测单元的信号反复跳变致使失效。通过对干扰源的分析有助于解决干扰问题, 这是发射机电路是否正常运行的重要环节。
1外太空电磁波干扰
我们肉眼看不到的来自于宇宙电磁波传到地球上, 被天线接收就会形成一种噪声, 这就是所谓的宇宙噪声。其中太阳是最大的热辐射源, 也是对我们人类最有直接影响的宇宙噪声源 (只要天线不对准太阳, 在静寂期太阳噪声对天线噪声干扰不大;其他行星和月亮, 没有高增益天线直接指向时, 对天线噪声影响也不大) 。在太阳宁静时, 在30 MHz处, 其等效温度约为106 K;在10处至少为104 K。在太阳爆发时, 等效温度可高达109~ 1 011 K。比如太阳风暴活动或是耀斑爆发剧烈时, 会造成地磁场波动异常或气候反常, 全地球的有关电磁传播都会受到干扰, 甚至造成中断[1]。
2发射机存在电磁干扰
发射机产生电磁干扰一个很重要的原因, 就是其48块开关电源工作过程产生的高di/dt和高dv/dt, 48块PSM功率模块工作在阶梯脉冲方式, 由于电路板上分布电感和分布电容的存在, 在脉冲上下沿期间, 会产生瞬变充放电动作, 对附近的电子设备或仪器构成严重干扰, 这些高频信号也会对控制电路的信号造成干扰。功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流, 其中含有丰富的高次谐波分量。在功率开关管关断期间, 由于高频变压器绕组的漏感, 会带来电流突变, 从而产生尖峰干扰。
其次发射机中各种大功率开关, 如交流接触器、 继电器、各种控制开关, 在接通或断开通电电源时, 其电感电容负载会产生很强的瞬态干扰信号。电子管、耦合腔体、射频传输系统和检测装置会产生不可避免的振荡波泄漏, 并且在不同的器件类型及其不同的系统组成中, 泄漏的频谱和幅值是不同的。如电子管的射频能量可通过阴极引线向外辐射;耦合腔体由于工作在高电压大电流下, 其短路板与腔壁的接触, 其接触面的不平整已成为不可避免的振荡源; 射频传输系统和检测装置其接缝、输入/ 输出接头、 指示灯、开关等处都可能泄漏干扰波[2]。
3信号传输过程中形成的各种耦合干扰
内部噪声来源于电路板, 由于各个电路板中含有大量的电子元件, 由于发射机房环境的磁场、电场、电荷等电量急速变化, 会对电子元件产生电磁骚扰。电压或电流的增大和衰减时间t越短, 则噪声的带宽越宽, 如下页图1。
4抑制干扰的理论分析与方法
抑制干扰设计的基本理论原则:想办法屏蔽干扰源, 破坏干扰传播路径, 通过合理设计提高电子器件自身的抗干扰性能。
发射机房抗干扰的常用措施, 第一, 在各个控制大电流或大电压继电器线圈增加续流二极管, 有二个优点:有利于消除断开继电器后时由其内部线圈产生的反电动势;能够会使继电器的断开时间延后, 这样继电器在单位时间内可动作更多的次数。第二, 在继电器前后接点两端串联RC电路 (R选择几欧到几十千欧, C选择0.01 u F) , 学术名为火花抑制电路, 实效就是减小电火花影响。第三, 电机自身结构, 造成易受干扰, 发射机内部拥有直流电机、轴流风机、步进电机, 特别是前二者, 不仅是直接受干扰源, 有时候还会成直接的干扰源, 为此给电机加滤波电路, 尽量缩短电容、电感引线。第四, 现在每个电路板上的芯片都会设计为并接一个0.01~ 0.10 u F钽式电容, 以减小芯片组对电源的影响。在钽式电容的布局中, 应靠近电源端并尽量连线粗、短, 否则增加电容变成等效串联电阻, 影响滤波效果。第五, 各个电路板设计中布线时避免90° 折线, 减少高频噪声。 第六, 对功率模块的设计, IGBT两端并接RC抑制电路, 减小可控硅产生的噪声, 避免IGBT被直接击穿, 大功率器件尽可能放在电路板边缘[3]。
5抗干扰方法实际
1) 腔体是发射机主要的谐振部位, 在日常发射中, 腔体本身会受到外界的影响, 例如:它会受到其他电源或其他腔体的干扰, 导致表面有了一定的电场强度, 或者说表面上具有表面电流, 从而由表面电流引起电磁干扰。虽然, 在机器中有加上滤波电路将其过滤到地。但在这里, 我们在外部再加上铝板连接屏蔽 (在发射机腔体的四周, 所有柜子金属部分必须通过最大可能表面积进行连接, 然后再将其接地, 达到电场屏蔽的效果, 以减低外面对其的干扰) 。
2) 在和供电电缆有共同铺设的地方, 为了消除耦合。噪声信号电缆和供电电缆必须分开敷设。这里, 我们的信号线外裹了铜制的蛇皮, 并且外皮屏蔽接地, 我们把信号线比如 (8路各个步进电机的控制信号) 我们就中间将其穿进铜管里, 外部的铜管也接到地。铜皮是一直连到A9即整机控制套箱的各路输出接口, 在铜皮的两端分别都将其接地。在铜皮与铜管接缝处还专门用大功率的电烙铁加固焊锡上, 可显著提高电路的抗干扰性能[4]。
3) 供电电源拉近, 这是07款TBH- 522型短波发射机的改进地方, 它将这供给48模块变压器的电源移到电源柜这头, 其目的是尽可能的缩短电源之间的连线, 设法减少它们之间地分布参数和相互间的信号干扰;另外它还加大电源线宽度, 从而减少环路电阻。
4) 变压器附近有很强的干扰, 本身的PSM (脉冲阶梯调制方式) 即固态音频可控开关电源, 在48块工作的模块中, 开关管 (IGBT) 受音频控制经常开通, 断开, 其在导通时流过大的电流, 在其断开期间, 变压器绕组漏感引起的电流突变会产生尖峰干扰。 在这里将供电变压器下接屏蔽片, 通过屏蔽片接到直流地上, 割断了尖峰干扰对输入电网的影响。
6结语
本文探讨了基于发射机的电磁干扰与解决方案, 由于电台这一特殊的环境, 因此在电子设备运行过程中各种干扰是随机的, 要完全消除干扰是不可能的。只有从基础出发根据电磁学原理, 可以采取许多技术措施来减小, 使干扰控制到一定范围内, 从而保证设备的安全工作。实践结果证明, 我们的做法是有效的, 有针对性。其效果在日常的工作中得到了好的验证:其一, 故障率明显下降, 不会出现严重的干扰问题。其二, 发射机整机信噪比提高了1~3 db。其三, 延长真空器件的工作寿命。
为此需要一个稳定运行系统, 其系统要求输出功率大, 输出稳定度高, 杂音系数少, 保护动作时间快等特点。因此这就需要新型的符合环境的抗干扰技术, 减少电磁干扰成为其关键。本文基于发射机技术的运用, 结合联系发射机房的实际情况, 为大家呈现一套科学的机房抗干扰措施, 结果证明其高效有用, 实现了发射机的正常高效安全运行, 能够满足上述的抗干扰要求。
参考文献
[1]黄晓兵.THB-522型150 k W短波发射机维护手册[M].北京:中国书籍出版社, 2011 (6) 56-63.
[2]顾海洲, 马双武.PCB电磁兼容技术——设计实践[M].北京:清华大学出版社, 2004 (8) :32-45.
[3]何希才.新型开关电源设计与应用[M].北京:科学技术出版社, 2001.
电路测试中干扰信号检测方法研究 篇2
关键词：电路测试 干扰信号 检测
中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0028-02
在电路测试中，电流，电压等信号能够准确反映电路的运行情况，这些信号包含了进行电路故障诊断的重要信息，进行准确故障诊断的前提是获得没有干扰信号的测试信号[1]。但是在实际的电路测试中，测得的信号中往往包含大量的干扰信号，这些干扰信号主要来源于系统内的干扰信号和系统外的干扰信号，干扰信号的存在会对电路故障的诊断带来严重干扰，因此，如何对电路测试中干扰信号进行准确检测，已经成为当前电路测试领域中一个研究热点[2]。为了提高电路测试中干扰信号检测的准确性，提出一种基于谐波小波-支持向量机的电路测试中干扰信号测试方法。
1 利用谐波小波对检测信号进行分离
谐波小波函数的本质是一个带通滤波器，它在频域内的结构形式为盒型形式，在时域内的结构形式为复数函数的小波函数。谐波小波函数频域的表达式为：，由谐波小波函数的表达式可知，谐
波小波函数的频域有着典型的盒型结构，因此，利用该公式能够得到电路测试中在窄带内的微弱故障信号。利用Fourier方法对谐波小波函数进行逆变换，能够得到谐波小波函数的时域表达式：
。利用谐波小波函数的时域表达式能够对检测信号进行多辨析分析，从而实现检测信号中干扰信号与微弱故障信号的准确分离。
由于基于FFT快速算法，因此可以利用数学运算的方式就可以实现电路测试中干扰信号与微弱故障信号的快速分离，具有运算简单、分离精度高等特点。
2 利用支持向量机对干扰信号进行准确检测
2.1 构建谐波小波-支持向量机核函数
支持向量机（简称SVM）是一种监督式的学习方法，主要用于分类识别与回归分析。支持向量机的重要特征是逼近理论问题与学习方法相对独立。在支持向量机中，核函数是重要的构成部分，它对支持向量机的分类方面起到关键的作用，要选择合适的核函数，就必须首选考虑需要解决的问题的先验知识。在电路测试中干扰信号的检测中，核函数能够准确反映干扰信号分类识别的先验知识，对干扰信号的分类识别具有重要的优化作用。相关研究表明，支持向量机的核函数满足的条件是必须满足Mercer条件。Mercer条件又被成为平移不变核条件，它是成为支持向量机核函数的充分必要条件，即：Fourier变换为非负。利用谐波小波构建支持向量机核函数的具体方法如下所述。
设置电路测试中测试信号的小波函数为，尺度因子为，平移因子为，令，则符合Mercer条件内积核形式的谐波小波核函数的表达形式为，符合平移不变核函数的谐波小波核函数的表达形式为。上述两种核函数都可以作为用于干扰信号分类识别的支持向量机的核函数。
根据上面阐述的方法，能够构建谐波小波-支持向量机核函数，从而为干扰信号的分类检测提供了准确的依据。
2.2 电路测试中干扰信号的准确检测
在电路测试中干扰信号的检测中，若得到的干扰信号的样本集为，，，假设在m个尺度上m的个谐波小波支持向量机对干扰信号进行检测，由支持向量机的有关原理能够得到谐波小波核函数支持向量机在尺度对干扰信号的样本进行检测的数学模型，其表达形式为，而在尺度上对干扰信号样本分量进行检测的模型的表达形式为，以此类推，在尺度对干扰信号样本分量的检测模型的表达形式为，其中，分别为尺度上核函数生成的干扰信号分量特征的映射，即。最后得到的谐波小波核函数的支持向量机的检测模型为，其中。
在支持向量机中，代价函数-为不敏感函数，由于支持向量机的检测模型能够推导出干扰信号分类识别的优化问题：，该优化问题的约束条件为：
≤
≥
其中，C是惩罚因子；，，，，为松弛因子；，分别为尺度上的不敏感函数的参数。
由干扰信号分类识别的目标函数约束条件构建Lagrange函数，对该函数分别利用进行求导，并令其为零，能够得到干扰信号检测优化问题的对偶形式：，该式需要满足的约束条件为：，并且，，其中，为Lagrange乘子。
这样，就能得到个尺度上干扰信号的检测模型，其中，的计算公式为。
根据上面阐述的方法，得到的基于谐波小波核函数支持向量机的干扰信号检测的具体过程如下所述：（1）选择合适的干扰信号分解的尺度数目m；（2）求解相关系数；（3）建立支持向量检测模型；（3）获得准确的干扰信号识别分类的结果。
3 仿真实验结果分析
为了验证该文方法的有效性，利用仿真软件matlab7.4进行了仿真实验。利用传统方法进行了对比实验。在电路测试中故障信号的检测中，用幅值A=0.05，频率f=0.01 Hz，占空比的周期信号模拟电路测试中的干扰信号。相同干扰信号的情况下，得到的仿真结果为：相对于传统方法，利用该文方法得到的故障信号的信噪比平均提升了3.5 dB，早期故障检测的准确率提高了13%，达到了96.3%，实验结果表明了该文方法具有明显的优越性。
4 结语
针对传统方法存在的缺陷，提出一种基于谐波小波-支持向量机的电路测试中干扰信号测试方法。根据早期电路故障信号频率分布的特点，利用小波滤波器将检测信号在不同尺度上分解成不同的分量，实现故障信号与干扰信号的有效分离；利用支持向量机对分离出来的干扰信号进行自动分类与识别，最终实现了电路测试中干扰信号的准确检测。
参考文献
[1]赵清.数字电路中非正常跳变信号的检测方法研究[J].科技通报，2015（9）：224-227.
数字电路的过渡干扰及其抑制方法 篇3
一、过渡干扰产生原因
数字电路过渡干扰大致分为两类, 一类是因为信号传输过程中延迟引发的, 另一类是信息输入的时间先后顺序引发的。
1. 信号传输延迟原因引起的过渡干扰
每一个器件都有一定的响应时间, 过渡干扰的产生有一个最常见的现象, 就是同一个信号经过不同的传输路径的时候由于传输时间不同产生的过渡干扰。主要有两个原因导致信号的传输时间不同:一是由于各个元器件的时间参数的离散型导致的。同一个信号分成两个路径传输时, 经过的电路的器件个数和形式是相同的, 但是因为两种电路传输特性存在差异, 从而导致了当信号进入下一级电路的时候, 信号存在了相对的延迟, 从而产生了干扰脉冲。二是由于线路结构问题导致传输延迟, 从而引起过渡干扰。因为同一个信号, 传输过程中一路会经过很多个电路, 而另一路可能经过比较少的电路, 从而会导致这两个信号产生相对的延迟。
2. 由于信号输入时间的先后不同而引起的过渡干扰
如果有很多输入信号在同一级的电路中, 这些信号的输入时间先后的不同也同样会引起过渡干扰。此外, 如果一个时序逻辑电路中存在异步计数器, 当时钟信号和输入信号同时改变的时候, 并且是从不同的路径最后到达同一个触发器, 这样也有可能引起过渡干扰。这样的干扰经常出现在计数译码电路或者与或非电路中。这种干扰的产生是因为信号输入时间不同导致触发器的翻转时间不同, 这种过渡干扰会影响控制系统, 后果有可能很严重。
二、过渡干扰的抑制方法
1. 由于信号传输延迟导致的过渡干扰抑制方法
我们可以通过两种方法来抑制由于传输延迟而引起的过渡干扰:一种是想方设法来阻止这种干扰产生, 另一种是当产生这种干扰时及时的抑制, 防止它传输到下一级的电路中。可以采取以下方法来防止干扰的产生:在设计电路的时候, 尽量不要混合使用那些传输时间的差别较大的器件, 即使同一种型号的电路也要小心使用, 因为有可能制造的厂家不同, 导致电路的性能可能会有较大的差异。也可以修改电路的设计逻辑来实现, 比如不用逻辑函数的最简式, 而是用所有的主要项。下面举一个例子, 一个电路用以下表达式表达所实现的逻辑功能:
当两个或者多于两个输入信号变化时, 因为经过的路径不相同, 或者一个或多于一个信号变化时, 因为门电路传输延迟的不同, 会导致产生过渡干扰。要想消除这一类的过渡干扰, 我们可以采取增加多余项这种方法。比如使
这里面BC项是Y的多余项, 这两个式子在逻辑功能上可以说是一模一样的, 但是多了BC这个多余项之后, 就不会出现过渡干扰了。但是我们一定要注意的是, 加入多余项的同时千万不能改变了原来电路的逻辑关系。我们也可以多加入电路中一些延迟元件或者增加电路, 以使两个延迟时间相差不大的电路得以平衡, 这也是一个消除过渡干扰的办法。如果一个电路已经产生过渡干扰了, 我们可以在输出端加一个旁路电容接地来消除干扰。要注意旁路电容不要太大, 不然有可能会对正常的信号造成影响。如果过渡干扰的脉冲很窄, 只需要用缓冲器或者反相器即可消除干扰。
2. 由于信号输入时间的先后不同导致的过渡干扰抑制方法
有些过渡干扰是因为信号输入时间的先后不同而引起的, 对于这种过渡干扰, 可以采用改变电路的计数器计数方法或者增加选通脉冲来抑制过渡干扰。增加选通脉冲是可以在电路稳定的情况下通过选通脉冲来开通译码器输入信号, 这样就可以避免因为输入时间先后而产生的干扰。有很多种方法可以改进计数器, 比如可以用环形计数器。环形计数器如果有一个触发器翻转, 就能避免过渡干扰的产生。还可以用同步计数器, 同步计数器可以在输入计数脉冲的时候, 使全部应该翻转的触发器同一时间翻转, 这样译码器的输入也可以在同一时间到达, 这样也可以避免过渡干扰的产生。现在数字电路已经广泛应用到各行各业中了, 同步逻辑电路也显示出它的重要性了, 一个电子计算机的电路, 是一个非常复杂的电路, 如果不采用同步逻辑电路这种工作方式的话, 就基本不可能避免过渡干扰的产生。但时钟的延迟问题也是我们在同步逻辑电路中要注意的。因为一个时钟源需要加入缓冲器来分别驱动触发器, 它不能在同一时间来驱动多个触发器, 特别是多级的缓冲器逐一的延迟时钟脉冲, 连接时钟脉冲时要注意连接的顺序进而确保数据传输正确。同步型时序电路本身也具有较强的能力来抵抗干扰, 它也可以避免由于电路的延迟而带来的干扰。同步时序电路要想使电路状态发生变化必须是在时钟脉冲的某一个边沿, 或者是另外一个时间点, 信号线上面的噪声不影响电路翻转, 那么就基本不会造成干扰了。另外, 在电路翻转的瞬间, 在电源线上会产生尖峰脉冲, 这个在同步时序电路中不会导致过渡干扰, 但是对于异步型时序电路, 这样的尖峰脉冲有可能会某种程度上干扰电路对数据的读取。
三、总结
过渡干扰的产生, 在数字逻辑电路中是无法避免的, 但是要想避免这种干扰对于信号传输的影响以及造成严重的后果, 一是要想方设法来抑制这种干扰的产生, 二是要选择最恰当的电路来避免过渡干扰对数据读取的影响和数据正确的传输。同时要注意, 不能只考虑抑制过渡干扰而忽略电路中其他干扰的预防。同时也要注意时钟脉冲在比较远的传输距离下在电路中产生的延迟、以及时钟脉冲在传输的时候受电磁感应干扰或者静电干扰、以及时钟脉冲中混杂噪声脉冲等等带来的其他问题或者电路的误动作, 也就是说, 我们应该充分的考虑电路的各种常规的抗干扰办法。
参考文献
[1]邹虹, 蔡益宇.数字电路抗干扰研究[M].数据通信, 1994.
电路干扰 篇4
关键词：水文遥测 通信电路设计 抗干扰问题
中图分类号：TN913文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0124-01
水文遥测在我国产生的时间要相对晚一些，随着防洪形势需要，我国建立起了水文遥测系统，能够对水文信息进行远距离采集及传输，为我国防洪事业做出了较大贡献，可在水文遥测中，采集的水文数据会因各方面原因而不准确，为了减少遥测中的干扰问题，采取有效措施防止抗干扰问题的发生是很有必要的。
1 运用通信电路设计里的系统方程参数调配来减少抗干扰问题
在水文遥测的通信电路设计里，方程参数需要满足一定条件，才能够有效提高抗干扰问题，其满足条件为：G-L>I，其中，G是水文遥测的设备总增益，L是路径损耗，I是可靠性的保护度。随着干扰问题不断增加，人们对通信电路的抗干扰问题不断进行着研究，在公式中的可靠性保护度I产生因素是比较难掌握的，尽管CCIR也推荐过一些可靠资料运用，可由于无线电事业发展比较快，受到干扰问题不断加剧，再加上I是位置及时间的随机函数，对其进行控制及调配并不是一件容易的事情，但在通信电路设计里，没有必要过分苛求I值，通过各电路情况来看，其取值为10-15db是比较合适的，当取值再高的时候，就会造成投资上较大浪费。与其他抗干扰因素相比，当噪声比较严重时，进行I值增加是抗干扰问题的通常做法，进行系统方程参数的调配时，应该对参数及干扰关系进行了解，像增加发射机的输出功率会增加水文信号电平，但并不会增加接收信号的干扰电平，这是有利于通信电路设计的抗干扰的；当进行电缆损耗降低的时候，并不会增加信号电平，也没有增加抗干扰能力，其大小对信噪比并不会产生明显影响。进行通信电路设计的时候，电路设计师应该寻找洁净环境及良好传播条件，让传输功率尽可能的小些，让设备总增益G比较低的情况下，取得比较良好的抗干扰成果，尽可能保障电路具有较高可靠性。
2 通信电路设计中，合适工作频率的选择
从抗干扰角度来看，合适工作频率所指的是当某频率进行工作的时候，受到同频干扰或者组合干扰的影响比较小，其信号接收机的灵敏度要比噪音电平高些。也就是说，在某频率工作的时候，应该在当地所指定工作平率上进行工作；因接收机上的输入回路为非线性，如果有几个频率共同进入，并且满足一定关系，它们就会组合出与工作频率类似的干扰频率，对正常通信产生干扰，影響比较大的是三阶与五阶间的互调，为了防止组合干扰的产生，当干扰台比较少时，可运用计算来选择不会受到互调干扰频率，当干扰电台比较多的时候，就不能简单运用这种方式了，还要考虑其他有效办法；在天电干扰里，受到雷电干扰的影响是比较大的，并且工作频率越低的时候，雷电干扰的影响就会越大，在频率选择上，应该尽量选择工作频率比较高的，像UHF频段的选择，对防雷电干扰具有较好的效果；工业干扰所指的主要为电器点火所引起电磁辐射干扰，这就要求水位遥测系统附近不能进行会产生点火设备的安置，或者电磁辐射设备的安置，像高压线、马达、变电站、电焊机电弧设备等设施均是不可以的，而且汽车点火干扰也是需要警惕的，这些遥测点，特别是中继站或者中心站等，应该尽量离公路远些；当信号工作频率高时，噪音背景就会比较小，因此，当条件允许的话，可以选择比较高的频率进行工作，这样能够有效防止干扰问题的发生。
3 合理设备技术指标的选择及天线抗干扰作用
在通信电路设计里，合理设备技术指标选择是很有必要的，当然这些技术指标应该是现代设备所能够达到的，不需要运用专门研制得出设备，依据水文遥测系统的抗干扰要求，可以对现代市场通信设备进行要求，在通信设备选择的时候，尽量选择较高的抗干扰互调指标；进行邻道辐射及谐波辐射选择时尽量是比较小的；接收机的邻频抑制能力比较强及指标比较高的设备选择，还应选择频率稳定度比较高的，尽量达到5/1000000以下的，甚至更好的；应加强编码纠正及检错技术和调制解调技术，尽量降低信道误码率到1/100000之下；还应该选择较短的收发转换时间及上电时间，这样不仅能够降低功耗，还可以缩短数据传输时间，从降低了互相干扰机会，现在很多先进数字电台能够达到3～5ms，有效预防了干扰问题的产生，为了更好地解决通信电路中的抗干扰问题，应该注意天线的抗干扰作用，对天线的架设位置、型式及固有性能等应该进行合理利用，像天线方向图就对通信电路设计起到较好的抗干扰作用，那些定向天线，应该旁瓣小，主瓣窄，并且其前后比与主边比要大些，能够对天线进行合理利用，可发挥出比较好的信号抗干扰；全向天线对个方向干扰机会及信号接收均是相同的，当站点分布不均匀的时候，就可运用相应方向图天线，像双向天线、定向天线及合成的方向图天线，能够加强区域覆盖性，降低不需要覆盖区域，这样能够加强有用的信号，降低噪声及干扰产生，为了更有效提高通信电路设计的抗干扰问题，还可以对天线位置及固有特性进行选择对比，并尽可能减少串联，增加并联的连结，还要有备用设备作为系统瘫痪时的急用设备，从而全方位加强抗干扰效果。
4 结语
在通信电路设计中，应该采取有效措施来加强抗干扰效果，防止水文遥测时，因干扰问题造成水文信号数据采集的不准确问题发生，从而导致水文情况的无法确定，这就需要进行通信电路设计时，加强系统参数的合理调配，工作频率的合理选择及技术指标的优化等，从而提高其抗干扰能力。
参考文献
[1]刘铁刚.黄靖水文遥测系统的探讨[J].中国西部科技，2007（17）.
电子电路抗干扰措施的研究 篇5
1 外部干扰及其抑制
外部干扰分为自然干扰和人为干扰两种。
1.1 外来干扰及其抑制
自然干扰是由自然现象引起的,例如天空闪电、雷击、地球辐射、宇宙辐射等。这些主要对通讯、广播、导航设备有较的影响,一般设备可以不考虑。
人为干扰主要是指周围环境通过辐射或藕合,经过电源线、地线、信号线进人数字电路系统的干扰。以及各类电气设备所引起的电火花,如直流电机整流子碳刷电火花、接触器、断路器、开关等接点电火花等。电气设备启停通过供电系统对电子设备的干扰,高频加热、脉冲电腐蚀、电火花加工、可控硅整流,电气设备所造成的电磁场干扰等。
在工业现场进行电子测试时,测控系统中的测控装置与被测控对象之间通常有一定的距离,且被测信号多是微弱的直流信号或变化缓慢的交流信号,而由于在工业现场中大功率电动机、变压器等电气设备产生的磁场,高压或高频电气设备产生的电场,以及电气设备通断电等,都将产生极强烈的电磁场干扰信号。这些电磁干扰信号能够通过传导和辐射两种途径干扰测控。所以,在工业现场进行电子测控时,应采取必要的抗干扰措施,抑制电磁场干扰,以保证测控系统的可靠性。
1.2 电源干扰及其抑制
电源干扰是指直流电源对数字电路引起的干扰,通常为直流电源滤波不佳、电压不稳定或电源变压器so HZ交流电所引起的。抑制方法需对症下药,采取措施。为了防止产生千扰,通常采用以下措施。电源变压器一次绕组与二次绕组间采用屏蔽层,并可靠接地(屏蔽层切不可短接形成路,以免烧毁变压器线圈)。在电源变压器前加接电源滤波器,以滤去高次谐波干扰。采用高稳定度、低输出阻抗直流电源,以减小电源开启切断时瞬时过电流的冲击,并缩短瞬时过电流冲击时间。尽量采用粗而短和动态电阻小的电源线。
1.3 地线的干扰及其抑制
由于地线布置不合理,沿地线叠加的干扰电流和干扰电压超过电路噪声容限,而使电路的输人端引起干扰。
电子电路的接地形式是十分重要的。若随意接地会引起内部的反馈干扰。接地干扰的产生原因是各级电路的信号电流在接地回路的接触电阻或地线电阻上的压降,以“路”的形式反馈到前级作为输入信号。当反馈电压满足振荡条件时,放大器会形成自激。对于电子设备装置系统的接地,尤其是工业用低频,这种现象常出现在输入设备和检测装置等环节。
为了避免接地干扰,总的要求是,接地回路阻抗要低,接地点的焊接或连接要可靠。每级接地元件都接在一个接地点上,输出的接地点离电源的地端应最近,输人级的接地点距电源的地端应最远,其它则按逆流程依次逐级连接。
电子电路中接地线要求的干线宜粗,大系统电子装置或设备可应用矩形铜条。其截面积要远大于电流的容量要求,且尽可能短。在印刷板上的地线部分尽能扩大面积,且采用边缘接地环抱布局。
2 内部干扰及其抑制
2.1 瞬态电流干扰及其抑制
瞬态电流干扰是由电路的过渡过程引起的,TTL集成电路在状态转换时引起尖峰电流,负载电容充放电时瞬变电流等。干扰随工作速度而增加。瞬态电流比静态电流大得多,不仅增加电流功耗而且给电源带来干扰。抑制方法如下。
采用电源去藕措施,即在电源线和地线之间并接两个电容,并且以电源线上干扰尖峰不能使逻辑器件的输出状态发生变化为原则。布线时,连线尽量短,尽量减小不必要的杂散电容。
有大电容负载时,串接限流保护电阻,避免关断电源或电源电压下降时,电容上电压高于电源电压情况的出现。
2.2 窜扰及其抑制
窜扰是当几根较长的信号线(长度大于数厘米)平行布线紧靠在一起,一根信号线的信号通过互感和互容电磁祸合到邻近线上产生的干扰。窜扰大小与信号频率、传输线阻抗及信号线的形式有关。频率越高,阻抗越高窜扰干扰越大。实践和理论证明,双绞线对窜扰抑制能力较强。抑制方法如下。
尽量的减小线路间连线长度。采用双绞线或同轴电缆作信号线。
信号发送线和接受线之间,或相同信号间尽可能避免平行走线,采用分散、交叉形式走线。在必须走长线且平行的情况下,尽可能靠近地线走线,且尽量减小平行线的长度。
在信号输人处加施密特触发器,利用它具有可变闭值特性来消除窜扰信号,使其不致于被逐级放大。
2.3 反射及其抑制
因信号在传输线上反射所引起的干扰。数字电路中的互连导线可以看成传输线。当门电路的信号传输线大于1米,上升和下降时间小于Ins时,必须考虑信号的反射。产生反射信号的原因是输出器件、传输线与接受器件间阻抗不匹配。另外,长的输人线分布电容、电感较大,容易产生Lc振荡,致使信号产生延迟、振荡、信号波形不良等现象,甚至使门电路动作延时或出错。抑制措施如下。
尽量缩短接线长度。长传输线采用阻抗匹配措施,如在输人端串接一个电阻,使之阻抗匹配。在长线开始端即驱动门的输人端不要另接门电路,以免因反射而产生信号畸变,导致逻辑电路出错。
3 其它抗干扰措施
(1)在用微型计算机组成的故障诊断装置中,包括有模拟电路和数字电路两部分,为了使数字信号对模拟信号干扰为最小,要求所有器件的数字地和模拟地分别相连接,在全电路中数字上,在芯片和其它电路中切不可再有公共点。若数字地和模拟地有多个公共点,数字回路通过模拟电路的地线到数字电路的电源就会形成通路,数字信息将对模拟电路产生干扰。一般A/D转换器、D/A转换器及采样保持器都提供了独立的数字地和模拟地,它们分别有相应的管脚。
(2)在逻辑电路板上的电源线与地线的布线应合理,做到布线尽可能短,防止布线回路型和“菊花”链环状型。
(3)在每一块集成电路芯片的电源与地引人端之间,接一个无感的瓷片电容器,并要求电容器尽量靠近芯片对应的管脚,若采用微型打机时,其电源与地之间也应接一个电容器,否则它有可能不能正常工作。
(4)在印刷电路板布线时,要考虑逻辑输人信号对模拟信号的千扰,使逻辑输人信号的走线尽量远离模拟信号线。
摘要：电子电路与其他电路一样,容易受到外部和电路内部干扰。在使用时如果装配不当,将会使电路因受干扰而不能正常工作。本文分析了各种干扰的情况及抑制方法。
关键词：电子电路,干扰,抑制
参考文献
[1]付植桐.《电子技术》.高等教育出版社,2004年6月.
浅谈轨道电路抗干扰的对策 篇6
1.1 轨道电路的组成
轨道电路主要包括:钢轨、轨道绝缘、轨端接连线、引接线、送电设备及受电设备。送电设备主要包括电源设备, 先流装置和引接线;线路包括钢轨、轨端接续线和轨道绝缘;受电设备包括牵引线和轨道继电器。
1.2 轨道电路在铁路运输中起着非常重要的作用, 具体有如下两个作用
1) 它是信号连锁的室外重要设备, 保证行车和调车作业的安全。通过轨道电路, 列车段可以检查出在某一段轨道内是否有列车运行, 车辆占用的情况。它的工作原理是:当轨道电路的某一段线路空闲时, 其上的继电器有足够的电流通过, 被磁化的衔铁被吸起, 前接点闭合, 接通了色灯信号机的绿灯电路, 路 (绿) 灯发光, 表示该路段空闲, 允许机车占用。当机车驶入该区域时, 轮的电阻很小, 使电路短路, 减弱了继电器的吸力, 释放了衔铁, 接通了后接点, 使红灯电路通路, 显示了禁行信号。防止列车追尾和冲突事故的发生, 确保了行车安全;
2) 及时地发现轨道断裂与否。当轨道运行正常的时候, 继电器能够正常工作。若前方轨道出现断裂或阻碍, 就会切断轨道电流, 导致接通红灯信号电路。此时, 线路空闲, 但信号机显示红灯, 防止了列车的颠覆事故。
1.3 轨道电路的分类如表所示
2 对轨道电路的干扰主要包括下面几种情况
2.1 邻线干扰对轨道电路的影响
邻线干扰或邻区段干扰存在于区间轨道电路中。它是当机车在复线区段运行的时候, 由于钢轨的感应、大地漏泄等原因, 本线路信号被相邻线路的信号侵入, 从而使机车感到本线与相邻线的混合。遇见干扰信号幅度大或机车干扰措施失效这两种情况发生任意一种就可能使机车信号升级电灯, 导致机车冒进信号。
邻线干扰的原理是:邻线之间通过电感耦合, 电容耦合以及道渣电阻泄漏传导形成的干扰, 多以电感耦合为主。以下就是针对这种情况提出一系列的解决办法:
1) 用选频表电流档检测线路地锚拉杆是否对地绝缘, 这种仪器中有四种频率, 假如其中任意一种频率电流能通过就要更换绝缘, 严格控制对地绝缘装置。特别对于大弯道地锚拉杆造成的干扰, 可安装空扼流变压器, 可畅通电流的回流, 平衡轨道两侧的电流, 即可消除邻线的干扰;
2) 为了使红外检测设备和引接线间的保护管能够很好的绝缘, 必须在其外面加装绝缘套管;穿越轨道, 埋在道轨下的防护管应按国家制定的标准来进行铺设, 或安装绝缘装置;要派专门的人员对道口箱引接线与箱体间的防护绝缘胶皮进行检查, 防止其破裂, 保证绝缘良好;
3) 要合理的处理电力架空安全线。根据国家标准, 应把电力架空安全线接到扼流变压器或是空心线圈的中心点。检查紧固螺丝没有生锈的现象;检测塞钉处的接触电阻, 使其不大于1;确定电力架空安全地线与钢轨连接线埋入土中;确定中心连接板与回流线连接良好, 螺丝是否紧固, 有无生锈现象;
4) 调低干扰区段的发送电频, 使其干扰信号降低。前提是要满足机车信号入口的电流。调整的办法: (1) 测出入口电流的最低点, 查看补偿电容的良好性, 对电容进行编号, 先从入口端开始, 每间隔10m, 用0.15分路线测试短路电流, 进行比较, 找到最低点; (2) 调整电阻, 使最小入口电流满足:2 600Hz时为450mA~500mA;1 700Hz、2 000Hz、2 300Hz时为500mA~550mA之间;
5) 按国家规定进行配置使用电缆芯线, 不定时地检测电缆的绝缘情况, 避免单芯接地造成的不平衡干扰;
6) 当轨道中出现护轮轨, 为了保证轮轨的绝缘性良好, 在两侧各安装一组钢轨绝缘;对于护轮轨超过200m的情况, 在每根间隔200m处的护轮轨加装一组钢轨绝缘;定期检查桥梁部位的绝缘垫板, 如有缺失, 要及时添加或更换;
7) 及时对空心线圈处的防雷器件进行检查, 如发现被击穿的防雷设备, 应立即更换, 确保其良好的工作;
8) 协调经过该区段的列车与本区段的载频必须相一致, 分析并检查协调单元的零抗阻和极限抗阻。钢轨牵引回流的不平衡会干扰移频区段50Hz的工频。
(1) 首先对电力架空安全地线和钢轨连接线是否埋入土中进行检查, 查看火花间隙是否正常工作;对空扼流引接线、中心连接板与回流线连接进行检测, 查看是否良好, 各部螺丝是否松动, 是否生锈。若发生以上情况, 应及时更换及紧固;站内回流采用一头堵的原则, 发现不正常的横向连接线应及时取消;
(2) 定期检查电缆的配置, 防止由于使用配置错误而引起对轨道电路的干扰。在现实中, 电缆的配置常出现屏蔽, 对绞, 屏蔽地线, 电缆对地和线间绝缘的情况, 按照《维规》里的标准使用配置电缆;校队配线图, 及时发现干扰源, 通过电缆网络图及配线图来寻找可能的干扰段。对测试室内的综合防雷地线、安全地线等都要符合标准;对干扰区段的电码化通道进行检查。通过持续不断的分析和总结, 制定出一些处理方案, 对现场进行维修, 以达到消除干扰或是把干扰的信号降低到一定的范围内。
2.2 牵引电流对信号设备的影响
钢轨中不平衡牵引电流回流会影响轨道电路的传导性。处在电力牵引范围内的两条钢轨, 主要有两方面作用:第一, 传输轨道电路的信息;第二, 作为牵引电流的回归通路。由于这两个作用的不同, 会对电流在同一钢轨的线路传输中, 带来很大的影响。
因此, 我们要采取必要的减少干扰和加强防干扰的措施, 来降低牵引电流对信号设备的影响。
2.2.1 减少不平衡电流的措施
根据干扰电压的公式, 牵引电流的不平衡系数一般要小于5%, 也就是轨道电路中肯定会有干扰电流的侵扰。我们只能设法减少干扰电流的侵扰。
1) 改善两根钢轨之间的纵向电导的不平衡: (1) 轨道端处接续线的连接线采用的方式为一塞一焊, 施工时选用良好的材质, 严格工艺技术, 可以改善钢轨纵向电导的不平衡, 从而使轨道电路的传输性能得到提高; (2) 使用长钢轨, 使其接缝数减少。从而降低接头电阻对轨道电路的影响; (3) 运营单位应按时对其进行维修, 提高线路的质量。充分保证行车安全, 提高其运输效率;
2) 提高轨道电路的传输性能, 防止其回流发生阻碍。加固和焊接轨道电路中的连接点, 如各种连接线、中性连接线、吸上线等;加大电路连接线的截面积;选用的钢轨引接线是等阻的;轨道电路采用双扼流轨道电路;
3) 规范铁路沿线建筑物下的地线。接触网杆塔地线不应接在钢轨上, 应采用集中地线。
2.2.2 改进轨道电路设备, 提高设备的防干扰性能
当干扰电流不可避免地入侵轨道电路以后, 我们要对轨道电路的防干扰性能进行研究, 提高其防护性能, 尽量抑制或减少不平衡电流的入侵, 以防止设备和仪器损坏。
1) 由于扼流变压器是牵引电流、传递信息、送受电端的主要设备, 选择与最大牵引电流相匹配的高容量扼流变压器是非常重要的。钢轨电流的大小影响着扼流变压器的容量。供电方式、大地电导钢轨阻抗影响着钢轨的牵引电流的大小;
2) 现在的非工频轨道电路主要有:25Hz相敏轨道电路, 移频轨道电路。提高设备的防干扰性能必须采用非工频轨道电路。使其与50Hz的牵引电流分开, 防止牵引电流干扰;
3) 在轨道电路的输入端安装抗干扰器, 来缓冲电流, 降低其影响。适配器将干扰中大的牵引电流进行滤波, 对其有用的信号电流衰耗很小, 不影响其正常工作;
4) 为了提高瞬态大脉冲电流的冲击能力, 应采用开气隙的扼流变压器。
2.3 移频电码化对轨道电路的干扰
移频电码化对轨道电路的干扰这个问题的提出是由昆明铁路局设计院的刘运昆等人在作导通试验时发现的。当时, 列车进入进站信号机内方, 占用轨道区段较长一段距离, 眼看列车已快进入道岔区段, 但控制台上的进站信号灯依然亮着, 本应该是用有列车占用的绿灯表示。发生这种情况是非常危险的。经过分析和多次试验后, 得出的结论主要是来自移频发送信号的干扰。
按照迎着列车发码的原则, 在接近车站区段移频发送正常发码时, 设在进站信号机靠近区间一侧的信号发送端进行发码。而与移频发送区相邻的轨道区段是交流轨道电路区段的受电端, 当接近区段移频发码时, 在道床、轨道绝缘节、钢轨接续线、箱盒形成的微小电容侵入了相邻的轨道电路区段。由于侵入信号经过一段钢轨, 到达受电端后, 电压变得很微弱了, 但经测试仍有小于5V的残压, 继电器处于似落非落的状态。
对此, 我们在保证适量的移频发送功率的前提下, 在接近区段移频发送输出处串联一个限流电阻, 用来降低发送功率, 从而解决了继电器似落非落的状态。
以上就是作者对轨道电路抗干扰的一些想法和见解。对于轨道电路抗干扰问题的研究仍需要我们不断的去实践分析和研究。
摘要：近些年来, 国内经济快速发展, 铁路运输行业发挥着极其重要的作用。到目前为止, 我国铁路经历了6次大面积的提速。如此高的速度必须要确保列车行驶的安全性。其中重要的一点是要有正常工作的轨道电路。轨道电路运行的稳定性好坏直接影响着车载信号设备的接收问题, 进而会影响到列车运行安全问题。因此, 对轨道电路抗干扰进行分析, 提出解决方案, 是非常有必要的。本文就这个问题, 进行了粗浅的分析和讨论。
关键词：轨道电路,牵引电流,干扰
参考文献
[1]马智芳.电气化牵引电流对信号轨道电路的干扰及防护措施.铁路通信信号工程, 2004, 3.
[2]温永勇.浅谈轨道电路.内蒙古科技与经济, 2001, 8 (194) .
[3]方剑勤.关于对轨道电路干扰问题的分析和研究.甘肃科技, 2010, 2 (26) .
高抗干扰能力单片机通讯电路的设计 篇7
1 干扰的来源和产生的问题
1.1 干扰的主要来源
1.1.1 源的噪音干扰
电源噪声的干扰的表现是供电停止时, 电压过高或过低、尖峰脉冲等。尖峰脉冲的产生很容易在打开或断开电源的开关时发生或大的功率设备的启动和停止时。所以, 在单片机的工作环境中要保持电源的稳定。
1.1.2 空间辐射
空间辐射的发生与广播站和通讯发射台以及雷场区等周围, 可以通过屏蔽或者接地的方法来解决单片机系统的干扰。
1.1.3 信号通道干扰
信号通道的干扰是由单片机的输入或输出的连接端口引入外部干扰信号引起的, 同时也会引起连接端口间的通信线和电源线间的串联现象, 因此, 可以对模拟量、开关量的输入火输出都进行信道隔离措施。
1.2 干扰产生的问题
受到干扰后的单片机系统会经常出现在执行程序时出现死机或跑飞的状态, 导致程序的失控和采集数据的错误。表现有:程序的指针跑飞、数据采集错误或有误差等。
2 硬件抗干扰措施
2.1 电源干扰抑制
2.1.1 交流稳压器
当电源的开与关或断电引起的电压范围上下变化较大时, 可以使用交流稳压器。对电源的噪声干扰有较好作用的是电磁式交流稳压器。
2.1.2 UPS
如果单片机系统对于供电的质量要求较高时, 就可以使用UPS, 它可以使电压工作稳定, 防止电压过低或过高, 并且可以抑制干扰脉冲, 保证系统的稳定性。
2.1.3 隔离变压器
对初次级之间采用隔离变压器, 可以减少电容的分布和由此引起的干扰。
2.1.4 交流电源滤波器
在市内的电源的频率是50Hz, 属于低频, 但是产生干扰的电源往往是高频, 而交流电源滤波器可以高频的干扰波, 所以可以有效的滤除高频干扰。
2.1.5 分组供电
把一个系统分割成各个模块, 使其分组供电, 独立形成一个系统, 防止了各个模块间的干扰。
2.2 空间辐射干扰的抑制
元器件容易受到外界的干扰, 所以在选择时, 应该选用性能比较高的抗干扰产品。而单片机和普通的外围元器件不同的是, 单片机要选择性价比较高的抗干扰产品。芯片的工作频率也会产生干扰影响, 因为芯片的运行频率越高, 对系统越容易产生干扰, 所以, 在选择芯片时, 尽量选择低频的。在微处理器运行的过程中, 如果受到干扰就会引起死机, 这时, 我们就可以利用看门狗电路, 它可以使微处理器在死机的情况下重新启动运行。看门狗的监控原理是:在微处理器运行正常时, 把看门狗设置成定时的定时器, 如果微处理器出现死机, 那么看门狗定时器就会出现使微处理器复位。但是很对人认为, 有了看门狗的单片机就不会出现死机, 然而在实际的应用中, 一旦程序进入死循环, 而且还会定时喂狗程序, 就会使看门狗实效。
2.3 信号通道干扰的抑制
在系统的输入或输出和单片机间的连接线较长或带有较大的负载时, 就会发生串入干扰, 这是就要使用双绞线传输和阻抗匹配以及隔离技术等措施抑制。双绞线与同轴电缆相比, 抗干扰能力更好, 因为其波阻比较高, 抗共模噪音的能力较强, 可以对电磁场有抗干扰能力, 使长线传输的干扰抑制。对于电源的开关电压的隔离有光电耦合器、继电器以及光电固态继电器。光电耦合器一般用在启动和停止负荷不大的设备上来抑制输入或输出通道的干扰;由于器的触点负载能力比光耦合器高, 因此被广泛用于控制大负荷设备。由于工业上的电器设备的负载都很高, 所以在启动或断开是会产生很大的反电动势和高频的电磁波干扰, 所以在输入或输出通道中, 需要将RC电阻并联在线圈或开关点来抑制电容。
3 软件抗干扰措施
3.1 软件“看门狗”抗干扰技术
单片机的定时器使得软件看门狗的抗干扰技术得以实现, 是对硬件看门狗技术的补充。软件看门可以在现场环境下解决由于硬件看门狗失效引起的中断系统死机的问题。如MCS-52, 在主程序中设定一个变量, 在中断服务程序也设定一个变量, 如果主程序运行一次, 那么中断程序也运行一次, 就可以有两个定时器监视监测变量, 如果监测的变量变化不一样, 就可以返回错误信息。
3.2 滤波算法抗干扰
单片机系统输入信号受到干扰影响时, 就会使系统的数据采集误差增大, 而为了保证数据采集的可靠性, 可以使用加权递推平均滤波和中位值滤波以及递推平均滤波等。
3.3 通信过程的软件抗干扰
系统之间是利用总线技术来通信的。数据的通信要考虑的第一个问题是通信速率, 因为通信速率过高会影响系统的抗干扰性, 所以在能够满足系统通信速率时, 尽量选择较低的通信速率。数据通信要考虑的第二个问题是通信距离的稳定性。因为距离会影响数据的传输, 所以一定要根据通信连接的实际距离进行选择通信方式。
4 结束语
随着科技的发展, 使人们对于单片机组成的控制系统要求越来越高。由于系统的抗干扰能力决定了单片机系统的实际应用价值。本文从硬件系统和软件系统两方面对提高单片机系统的抗干扰能力进行了探讨并给出了相应的建议, 可以给后来的研究者提供参考。
摘要：由于单片机的测控系统的工作环境具有多样性的特点, 使其受干扰的影响因素就增多, 甚至可能导致系统的不正常工作, 所以, 良好的抗干扰能力是单片机控制系统设计考虑的主要问题。本文从硬件和软件编程两个方面对单片机的抗干扰技术进行了分析。
关键词：单片机,抗干扰,硬件,软件
参考文献
[1]金恬.提高单片机抗干扰能力的措施[J].福建电脑, 2010 (9) :79-80.
电路干扰 篇8
关键词：高压电器,智能组件,电磁干扰,电源电路
0概述
随着智能电网技术的进步, 电力系统一次设备智能化已经成为智能电网发展的趋势。电力系统一次设备处于电力系统主电路中, 正常工作状态下一般都承受着高电压、强电流, 与高压电器配套的智能组件装置一般都安装在高压电器附近, 其工作环境也面临着复杂的电磁干扰, 因此, 智能组件需要较好的抗电磁干扰性能[1]。
对于电子装置而言, 电源电路自身的稳定性和可靠性对装置的整体性能有着至关重要的影响。一方面, 电源电路需要为装置的其它芯片或电路提供稳定的工作电压, 另一方面, 由于电源端口直接与外界连接, 许多有破坏性的干扰会通过电源端口进入装置内部, 对内部电路的正常工作造成影响甚至破坏, 因此, 在高压电器智能组件的设计过程中, 需要对电源电路进行电磁兼容设计以提高电源电路的抗干扰能力[2]。
1 智能组件电源电路的电磁干扰问题
在变电站现场, 按照对电子装置影响的不同, 智能组件电源电路的电磁干扰大致分为两类, 分别是破坏性干扰和非破坏性干扰。
1.1 破坏性干扰及其来源
破坏性干扰是能够对装置造成一定破坏性的干扰, 此类干扰的特点是能量较大, 一般是高电压或大电流, 或者是脉冲群。此类干扰一般具有较大的能量, 通过端口耦合进入电子电路中, 可能对端口电路器件造成不可逆的破坏, 如:雷击、浪涌冲击等干扰。
在变电站现场, 能够对智能组件装置产生破坏性的干扰主要来源于机械式高压开关的操作、雷击产生的暂态过电压和暂态过电流以及电网中故障或负荷突变引起的电压变化、暂降等[3]。这些干扰可能通过导线耦合、电磁感应等方式进入到电源端口, 对装置内部电路造成一定的破坏。目前, 标准的电磁兼容试验项目中, 模拟此类干扰的主要是浪涌抗扰性试验、振荡波抗扰度试验等。对于此类具有一定破坏性的干扰, 在设计过程中, 防护措施的思路以疏导、隔离为主。
1.2 非破坏性干扰及其来源
此类干扰对装置本身并不会造成一定的破坏性, 但是能够干扰装置的正常工作, 对通信、解码、运算等电路工作造成一定的影响, 造成装置误动作或通信中断等, 此类干扰的能量较小, 但是一般有较高的频率, 如:高频辐射骚扰等。
在变电站现场, 能够对智能组件装置产生非破坏性干扰的主要来源是机械式高压开关操作产生的振铃波、局部放电和无线通信产生的高频信号以及电力系统暂态过程产生的高频电磁场辐射等。此类干扰容易通过辐射、耦合、沿导线传导等方式从电源端口进入到智能组件装置内部, 对电源电路自身以及晶振、数据处理、通信等频率较高的电路产生干扰从而引起装置的误动作、通信的中断、装置死机等故障, 威胁智能组件装置的可靠性。
2 智能组件电源电路的电磁干扰防护措施
针对上述两种不同的干扰, 在电路设计上可采取不同的措施。第一种干扰破坏性较强, 因此在设计过程中以疏导释放干扰能量的防护措施为主;第二种干扰能量较小, 在设计过程中以消耗吸收、屏蔽干扰能量的抗干扰措施为主。
2.1 破坏性干扰的防护措施
在设计过程中, 采用防护器件对破坏性干扰能力进行泄放是应对此类干扰的主要手段, 此类防护器件的特性是:当器件两端低于自身阀值电压时, 器件表现出高阻抗特性, 一旦器件两端电压高于自身阀值电压, 立刻表现为低阻抗、大通流能力的特性。目前常用的防护器件主要有以下几种:
1) 玻璃气体放电管
此类器件既有气体放电管的抗大浪涌电流能力, 又有半导体器件的快速通断能力, 从而使器件表现出耐冲击、响应速度快 (纳秒级) 、性能稳定、可重复使用等优良性能。目前, 该类器件当通流能力达到3000A时, 其耐受电压可以做到4500V。
2) 压敏电阻
压敏电阻是一种半导体器件, 其原料以氧化锌 (Zn O) 为主, 根据器件两端承受的干扰信号的电压特性不同, 该类器件又可分为三种类型:第一, 浪涌抑制型, 此类型器件所要承受的电压为随机的瞬态过电压;第二, 高能型, 此类器件需要吸收发电机励磁线圈的能量;第三, 高功率型, 此类器件两端所承受的干扰信号是脉冲群, 单个脉冲的能量不大, 但是由于频率高, 信号的平均功率比较大。
3) TVS管
TVS管 (Transient Voltage Supperssor) 又称为瞬变电压抑制二极管, 该类器件的正向特性与普通二极管的特性一致, 但是, 其反向特性则表现为典型的PN结雪崩器件。当承受瞬间的高能量时, 该器件会以极高的速度降低其自身阻抗, 与此同时, 能量以器件为通道泄放掉。该类器件最大的优点是自身阻抗的变化频率可以很高, 能够达到10-12S量级速度。
4) 接地与屏蔽
接地和屏蔽不是破坏性干扰问题的来源, 但是, 良好的接地系统以及电磁场屏蔽对解决此类问题具有良好的作用。接地系统设计的目的是提供一个低阻抗的瞬态干扰信号的泄放路径;屏蔽系统的设计的关键是整个屏蔽结构的电连续性。
2.2 非破坏性干扰的防护措施
频率较高的非破坏性干扰, 一般采用滤波的方式, 将干扰信号滤除。目前, 常用的滤波器件主要有以下几种:
1) 铁氧体磁环
铁氧体磁环, 又称电磁兼容环, 是一种以铁氧体为原材料的滤波器件。其特性是:当通过磁环的信号频率较低时, 磁环自身的阻抗很小, 当通过磁环的信号频率升高时, 磁环的阻抗急剧增加。由于电源电路一般都是直流或者工频, 信号频率较低, 利用此特性, 把磁环直接套在电源电缆上, 可以吸收高频干扰信号。
2) 共模电感
一般情况下, 把两条线分别对地直接的干扰称为是共模干扰[4]。干扰一般采用共模电感的方式去除。共模电感, 将两个线圈绕在同一个铁心上, 且匝数、相位均相同, 正常电流流经共模电感时, 两个线圈产生相反的磁场, 相互抵消, 共模电流流经时, 由于共模电流的同向性, 两个线圈产生大电感, 表现出高阻抗特性。
3) 电容
电容用于电源电路电磁兼容设计时, 其作用有:滤波、稳压、去耦和旁路[5]。但是, 在使用电容时需要注意, 电容有其自谐振频率, 当电路中信号频率在自谐振频率以上时, 电容呈现出电感特性。
3 智能组件电源电路电磁干扰防护设计实例
如图1所示, 该电路是某智能组件电源端口电路, 其外接DC24V直流电源, 经过一系列保护措施进入组件电路板内部, 供智能组件电路使用。
24V电源端口处, 正负线放置两个放电管G1、G2, 放电管的正极分别连接电源线的正负线, 负极与屏蔽地FG (机壳) 连接, 正常工作时, 端口线对地电压远远达不到放电管导通电压, 放电管闭合, 电能正常进入到后续电路, 在端口遭受共模大电压冲击时, 放电管导通, 能量通过FG泄放, 待冲击消失后, 放电管迅速恢闭合, 电路正常工作。电容C23、C25组成滤波电路, 对进入端口的高频信号进行滤波。R3为压敏电阻, 其作用是防止差模大电压信号冲击。共模电感T的作用是滤除共模高频干扰信号。电容C1、C2的作用是进一步滤波。TVS管T2的作用是消除静电干扰。
为了验证上述电路设计的有效性, 对图1电路所属的智能组件进行了电磁兼容试验, 按照相关标准, 该组件电源端口顺利通过了浪涌 (冲击) 抗扰度试验 (根据GB/T17626.5, 4级) 、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 (根据GB/T17626.4, 4级) 、射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 (根据GB/T17626.6, 3级) 等试验项目, 在试验过程中, 智能组件均能正常工作。
4 结论
本文分析了智能组件电源电路电磁干扰问题, 对其干扰源和干扰原理进行了探讨, 并针对不同类型的电磁干扰提出了相应防护措施, 设计了智能组件的具体电源电路, 并通过电磁兼容试验验证了电磁干扰防护措施的有效性。
参考文献
[1]陈继宣, 杨立委.面向多对象电磁兼容浪涌抗扰度测试研究[J].科技创新导报, 2012, 35:72.
[2]王钊利.高压断路器机械特性测试仪的硬件开发[J].商丘职业技术学院学报, 2010 (5) :49-50.
[3]彭发东, 等.高压断路器在线监测设备浪涌抗扰度试验[J].高压电器技术, 2007 (8) :143-145.
[4]吕士斌, 梁雪松.电磁兼容设计中接地技术的探讨[J].舰船电子对抗, 2012, 12 (6) :113-114.
关于电气调试中电子电路的干扰问题 篇9
对于电气设备调试工作,在理想条件下,电子电路既要不受外界影响,又不辐射其他设备,但在实际操作中,干扰是客观必然存在的现象,受自然因素或人为因素势必会产生各种电磁和噪音等干扰问题。干扰的存在通过一定途径会影响到电路系统工作的稳定性和相关电子设备的正常工作情况,严重时电子电路丧失工作能力,无法工作和提供服务。因此,为保证电气设备调试中电子电路正常运行,我们需从技术的角度有效抑制其干扰问题的存在。
1 电子电路的干扰类型及其危害
电气设备调试工作中不可避免地存在电子电路的干扰问题,其因因素不同而种类不同,造成的危害程度也不相同,一旦出现干扰,不仅对人身与设备带来威胁,而且对企业的经济效益也会带来不同程度的损失,严重影响着企业的社会信誉与市场竞争力。
1.1 干扰类型
电子电路的干扰是设备工作时内因和外因共同影响的一种综合因素,其既可能来自于电子系统内部,也可能来自于电子系统外部,按传播途径一般可分为信息通道的传导干扰和空间辐射干扰两种类型。其中,信息通道的传导是利用电子电路中导线或电路单元将干扰源作用在导线上,并利用导线间的互相连接使干扰源沿着导线进行传播,从而对整个电子电路系统造成干扰;空间辐射的干扰则是以空间为干扰传播的主要途径,通过空间产生的辐射来对电子电路形成干扰,有部份干扰源是藉由设备的线路或无线电天线发射出来,在某些情况下,可能因为干扰(振幅)过大,而造成无线电传输中断或是电子电路操作设备故障等问题。
1.2 干扰危害
信息通道的传导干扰其本质是一种电磁干扰,在电子电路系统中沿着各导线进行传播,其包括电源、导线、电子设备和相关的辅助设备等,将各单元电子设备连接进行工作,便组成了一个电子电路系统。在此系统中,电源是供电基础设备,其他的如导线、电源线以及电子设备和相关的辅助设备为系统运营的必备零件,在整个电子电路系统中,干扰会沿着各条网路和电路之间的导线传输到各个电子设备中,然后再以导线为干扰源的运输载体,使干扰一级一级的传递,从而形成信息通道的传导干扰。信息通道传导干扰的产生,会对电子电路系统形成一定的危害,轻则造成电子电路设备产生低频率的自激振荡,重则导致整个电子电路系统瘫痪,无法进行正常工作。
空间辐射干扰作为干扰形式中最为常见的一种干扰形式,对于电子电路来说,是利用空间来传播干扰源,最终对整个电子电路系统形成干扰,并对其运行状态造成影响。进一步细化性的来说,空间辐射干扰可分为近耦合干扰和远辐射干扰,前者主要是处于电子电路系统中的某一设备内部各个电路之间所进行的相互干扰,后者则是各个电子设备之间或系统之间形成的干扰。
空间辐射干扰相比于信息通道的传导干扰,其干扰途径较广,主要以电磁能量为干扰源,比如控制电路、信号电路及电源电路等,都是潜在的辐射天线,给空间辐射干扰形成传播途径,使干扰源利用空间向其流动和辐射,进而对电子电路系统中其他的设备形成电容和电感造成干扰。空间辐射干扰作为电磁干扰分类中的一种,当干扰源进入电子电路系统后,同信息通道的传导干扰一样,会对整个电子电路系统造成一定的影响,轻则造成电子电路设备工作出现不稳定现象,重则导致整个电子电路系统瘫痪,无法进行正常工作。
2 电子电路抗干扰措施
如上文所述,电子电路的干扰会对整个电气系统的调试带来不同程度的危害,为避免人员伤亡和设备损害以及经济损失,实际施工中有必要采取适当的措施对其进行抑制,保证电子电路系统正常运营。文章主要从以下几个方面对电子电路抗干扰措施进行论述。
2.1 提高特殊器件的抗干扰性能
特殊器件主要以设备中敏感器件为主,该种器件由于对外部环境或运营时内在因素有较高的敏感度,容易产生或传导干扰,从而对整个系统带来不利的影响。对于敏感器件,其常用措施有使用光电耦合传输和双绞线传输的方法,均能够很好的避免信号地线造成的干扰和空间电磁干扰。具体措施为对于单片机闲置的I/O口拒绝悬空放置,需利用接电电源或接地,其他的闲置端要在不改变系统逻辑的条件下进行接电源或接地,布线过程中尽量选用较粗的地线和电源线,防止线路超负荷运载产生干扰。
干扰器的确定应根据工程实际情况择优选择,利用二极管和压敏电阻吸收浪涌电压;用线路滤波器过滤一定频段的干扰信号,用电容器的阻容作用对干扰电压和电流进行旁路吸收和隔离等处理,尤其是低频段系统,抗干扰效果更好。对于电容器的选用和安装来说,低频段优先选用钽电解电容器,并应安装在电源入口处,高频段应优先选用陶瓷电容器。电容器安装应尽量缩短引线,但也不能为求引线短而不注重安装位置,否则,电容器就会失去旁路的意义。
2.2 进行干扰源抑制
干扰源是电子电路系统中首要的干扰要素,也是对干扰进行抑制的必要条件,一般来说,电子电路系统中的干扰源大多为电源,其包括整流电源产生的纹波干扰和电源寄生耦合的干扰两个方面,因此,抑制电源干扰是抗干扰因素中最直接最有效的方式。电子电路系统中的整流电源一般采用的整流方式是全波整流,为了降低整流电源纹波干扰,不仅要控制好电压的稳定性,还应对放大电路的输入端连接整流电源的输出端接线长度进行有效的控制,必要时安装滤波电路;当多级信号使用同一个整流电源时,由于电源存在内阻,所以各信号电流在通过电源时在内阻的作用下产生电压降,对于一些放大级,会形成寄生性的正反馈,从而产生低频率的自激振荡,因此,我们应该使用去耦滤波电路来抑制多级信号公用一个整流电源产生的干扰。
2.3 进行干扰通道抑制
干扰通道的抑制包括信号通道抑制和传播通道抑制。在较远距离的通信控制中,应尽量使用较短的电子系统输出线和输入线,避免信号在传输过程中受到干扰,导致信号失常或畸变,对电子电路的正常运行造成影响;现实生活中,大部分电子电路的直流电源都是利用变压器对其进行调压和稳压,以此来获得满足需要的直流电压,此过程由于高频电路的流动而对部分变压器的分部电容处形成严重的干扰,其主要防治措施有“浮地”接线法、双T滤波器法和无极性电容法。
3 结束语
电气设备调试中电子电路的干扰问题是一项很常见,也很复杂,且实践性很强的问题,我们不仅要采取充分的抗干扰措施,还应仔细观察并分析干扰出现的原因,从根本上解决干扰源,并综合考虑电子电路的具体布线和工作原理,不断改进电子电路抗干扰技术,以提高电气设备调试中电子电路的可靠性和稳定性。
参考文献
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