微机控制系统信号传输通道的抗干扰措施

2015-06-13孟军红刘丹丹耿立明

电子测试 2015年14期

关键词：双绞线信号线干扰源

孟军红,刘丹丹,耿立明

(沈阳城市学院，沈阳,110112)

信号的传输通道上会受到各种电磁干扰，严重影响信号传输的质量，这对微机监控系统是一个非常大的威胁。因此，微机控制系统信号传输通道的抗于扰能力倍受人们关注。

1 抑制干扰源

在微机控制系统中，强电信号是主要的干扰源，但是它们是系统的动力源泉，必不可少。由于作为干扰源的强电信号必不可少，电磁干扰就势必存在，无法消除，我们只能采取有效措施措施抑制干扰源。

1.1 强、弱信号分开不限

在布线时，尽量使弱信号线远离强信号线，避免平行布线，使弱信号远离干扰源，这是对干扰源进行抑制的最有效的措施。具体做法如下：

①强、弱信号线必须分开布线，绝对不允许绞在一起混拉。

②强、弱信号线采取正交布线方式，最好避免平行布线，降低电场耦合与磁场耦合形成的信号干扰。

③如果现场条件不允许正交布线，也可采用平行布线。不过要做到强信号线与弱信号线绝对不能捆绑在一起，同一根多芯电缆内坚决不允许同时分配弱信号线和强信号线。平行的信号线间距离要大于产生干扰的导线线径的40倍。

1.2 加装屏蔽体，屏蔽干扰源

加装屏蔽体，可以有效的抑制电磁干扰。如果把接地的屏蔽体安装在强电干扰源的周围，那么由强电干扰源发出的电力线将无法穿透屏蔽体，有效的被屏蔽于屏蔽体内。屏蔽体外部没有电力线，自然也不存在电磁场。因此，通过加装屏蔽可以有效的屏蔽干扰源。

2 合理使用传输介质，有效阻止耦合干扰的侵入

在微机控制系统中，常用信号传输介质有双绞线、同轴电缆、双绞的屏蔽线对等，这些介质本身就能够抵制电场或磁场干扰，如果在对介质作适当的接地处理，就可以更加有效地防止电磁干扰侵入。

2.1 双绞线

微机控制系统多使用双绞线进行信号传输。双绞线是由两根相互绝缘的铜导线按照一定的规格互相缠绕在一起而成的网络传输介质，绞扭在一起的两根导线在传输中辐射的电波会相互抵消，大大降低信号干扰的程度。

2.2 同轴电缆

同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆，这就相当于在导体周围已经加装了屏蔽体，如前所述，只要我们将同轴电缆的屏蔽体采取合理方式接地，就会对电场耦合干扰起到良好的屏蔽作用。同轴电缆传输的多是中低频信号，我们采取单端接地方式即可。

2.3 屏蔽双绞线

所谓屏蔽双绞线就是指在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。这个金属屏蔽层可减少辐射，也可阻止外部电磁干扰的入侵，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更有效的抗干扰能力。

3 合理接地

接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连，接地可以有效的保护人身及设备的安全，防止触电事故的发生。接地处理对微机控制系统同样重要。接地必须进行合理设计，否则由于不合理的接地可能引入干扰，影响微机控制系统的正常运行。

微机控制系统中，传输通道信号频率一般都在1MHZ以下，对此一般采用如下方法提高抗干扰能力。

3.1 接地原则

一般情况下，高频电路应就近多点接地，低频电路应采用一点接地方式。采用一点接地时，可以避免形成接地环路，因此可以消除或抑制接地噪声。

3.2 实用接地方法

在实际应用中，经常有多个电路和装置需要接地，为了符合噪声标准，并且简单易行，一般采用串并联混合的一点接地方法，即在系统中设置三条公共地线，分别为信号地线、功率地线和机壳地线，各部分电路通过它们接地。信号地线一般一般用于小功率的弱点信号，功率地线适用于电平较高、功率较大信号；机壳地线适用于设备的外壳、机架、底板等，交流电源的保护地线也应该应接至机壳地线。图1示出了典型的微机控制系统接地方法。

图1 实用接地方法

3.3 输入输出通道的接地方法

①信号回路的接地方法

为了有效消除信号源和接收设备之间的电位差及其引起的地线环流，信号回路一般采用在信号源侧或放大器侧单端接地方法，如图2所示。

图2 电路一点接地法

②电缆屏蔽层的接地方法

当信号源采用一点接地时，电缆的屏蔽层也应该一点接地，如图3所示。若信号源不接地而放大器接地，输入信号的屏蔽层应接至放大器的公共端；信号源接地而放大器不接地时，输入线的屏蔽层应接至信号源的公共端。

图3 屏蔽电缆的单端接地方式

③信号隔离技术

当信号输入通道必须采用双端接地时，必须采取采用信号隔离技术将双方地线隔离开来才能有效防止地线环流产生噪声干扰。常用的信号隔离措施是采用光电隔离器件实现的。

图4给出了两种光电耦合输入电路，当有信号输入时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通，输入信号通过光路输入到微机系统；当输入信号消失时，发光二极管停止发光，光敏三极管由于没有足够的光强而处于截至状态，没有输出信号。这样就实现了通过光路来传递电信号，保证了输入输出两侧电路没有直接的电气联系，从而达到了隔离的目的。研究发现，光电隔离器不仅可以实现电气隔离，还具有电平转换功能。