6-2 智能仪器可靠性与抗干扰技术=抗干扰

增加综合设计题目一、生命探测仪类1红外热成像生命探测仪2声音探测仪3视频探测仪4“微动或呼吸”生命探测仪二、地震预报监测类仪器1应力监测仪器2微震监测3地声检测4电、磁，电磁类5仿生探测仪器第六章可靠性与抗干扰技术主要内容：一、干扰噪声的认识（三要素）★干扰源★耦合途径★接收器二、电磁耦合干扰分析方法三、抑制技术与措施一、干扰噪声的认识干扰源：本征噪声源、人为噪声源、自然界干扰源电磁干扰，光电干扰，机械干扰（摩擦起电、导体在磁场中运动、压电效应、震颤效应），其它噪声（电化学作用的化学湿电池，温度变化等）干扰源耦合通道敏感接收器电子系统受到外部电磁干扰电力线雷电电台电视台交流供电电路电动机移动通讯移动通信设备天体电磁辐射电子设备的干扰对其它电路系统的影响传导噪声电子系统内部不同电路单元之间相互影响的几种形式电场耦合磁场耦合公共阻抗三种耦合途径传导耦合：通过导体（导线）将噪声耦合进电路中。最典型的例子是噪声通过电源线传入电路。公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，就会产生公共阻抗噪声耦合。电磁场耦合：只要电荷发生移动，所有的电路元件、导线都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别考虑电场和磁场；远场时，电磁联合辐射。共地阻抗耦合共源阻抗耦合二、电磁场耦合分析方法•电磁场麦克斯韦方程分析：三个空间变量（x，y，z）和时间（t）的函数，复杂•电路等效近似分析技术（集总参数元件）◆电容性耦合～ZiCmENUNABnimimNEZCjZCjU1NimNEZCjU◆互感耦合NNMIjUUNMIN◆漏电耦合NimiNEZRZUUN～RmENBAZi低频电磁干扰的电路等效近似分析技术（集总参数元件,消除空间变量）•电场被限定在电容器内部：关注电压•磁场被限定在电感器内部：关注电流•电路尺寸相对波长很小AB导线是50Hz的220V电源线，Vi有效值1.4mVC=2PFdu/dt=2V/μs分布电容C=2PF近似可得I≈Cdu/dt=4μARi=10KΩ,Vi=40mV电流→磁场→电磁感应互感模型:v=－Mdi/dt高频电磁辐射耦合电磁波波长:λ=波速V/频率f，波速与传播介质有关；在空气中大约3×108m/s，1MHz信号的波长300m，1GHz，λ=0.3m.近场和远场:源、介质、距离r=λ/2π为分界点近场感应场远场辐射场波阻抗：Z=E/H，在远场条件下，E/H大小等于介质的特性阻抗，如空气或自由空间E/H=ZO=377Ω近场条件下：电场和磁场分别考虑，高电压小电流以电场为主；低电压大电流以磁场为主。电场占优：E∝1/r3、H∝1/r2磁场占优：E∝1/r2、H∝1/r3三、抑制电磁干扰的主要技术o消除或抑制噪声源o破坏干扰的耦合通道o消除接收电路对干扰的敏感性o采用软件抑制干扰电磁干扰噪声抑制屏蔽接地平衡滤波隔离阻抗大小控制电缆设计抵消技术1、屏蔽：静电屏蔽；电磁屏蔽；低频磁屏蔽★静电屏蔽+Q+Q+QAAABB★电磁屏蔽ieΦeΦN★低频磁屏蔽电磁兼容性（EMC）设计EMI滤波器EMI滤波器综述常见的电磁兼容元件设计实例重要的必要的可靠的安静的与众不同的EMI滤波器EMI滤波器难以进行阻抗匹配EMI滤波器出现饱和无法用集总参数等效电路进行高频分析要求能滤除共模干扰和差模干扰EMI滤波器分类反射式滤波器阻挡EMI信号，通过有用信号吸收式滤波器吸收不需要的频率成分并将此成分的能量转换成热能耗散出去滤波连接器从无引线，通过式电容概念引申而来的，在连接器上构成L型或者Ⅱ型滤波器电路简单EMI滤波器的基本形式设计EMI滤波器的注意点频率特性耐压性能额定电流阻抗特性屏蔽可靠性瞬态干扰抑制电快速瞬变脉冲群影响对象：数字逻辑电路，软故障浪涌（surge）影响对象：传输或储存的数据，元器件，线路板静电放电（ESD）影响对象：髙输入阻抗电路，高压绝缘击穿，热失常什么曲线能干什么饱和电感特性非晶磁环磁滞特性曲线特性曲线非理想的电容电容主要分布参数–ESL等效串连电感–ESR等效串连电阻–EPR等效并联电阻各式各样的电容云母电容电解电容高压电容穿心电容法拉电容聚苯电容薄膜电容三端电容器胆电容校正CBB电容独石电容自热变阻电容器不同的电容不同的效果未加入滤波措施电感线圈的品质因数为：Q=ωL/R电感的离散参数分布电容直流电阻功率电感模压线圈空芯线圈磁环线圈棒状线圈变压器磁性材料磁性元件吸收磁珠用于抑制PCB板高频传导干扰夹式磁环：安装方便，用于设备EMI结构优化扁平吸收环用于数据总线、数字信号线滤波非晶材料烧结铁氧体作为尖峰抑制器使用粉芯材料Ni－Mn软磁材料二极管不同的性能不同的应用TVS瞬变二极管芯片热阻与脉冲持续时间关系图TVS伏安特性超快超软恢复二极管反向恢复时间肖特基二极管用于各种脉冲吸收场合，trr4ns变阻二极管其他常用EMI抑制元件压敏电阻没有脉冲时呈高阻值状态，一旦响应脉冲电压，立即将电压限制到一定值，阻抗突变为低值1、高压型压敏电阻2、高能型压敏电阻3、纳米添加法气体放电管极间的电场强度超过气体的击穿强度，引起间隙放电，限制极间电压火花间隙电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地EMI滤波器成品EMI滤波器特性曲线均在50ohm源阻抗下获得，在选用EMI滤波器时，不能单纯考虑给出的特性曲线。MurataEMIFilterSelectionsimulator设计实例发射线圈接收线圈参考线圈开关桥路二次场信号一次场信号锁定放大控制电路锁定放大24-bitADC24-bitADCppm值接口处理器工频干扰滤波GPS显示设备TVS管超快恢复二极管非晶及铁氧体磁环信号滤波信号线滤波浪涌抑制信号滤波系统电源电源滤波电源滤波浪涌防护电池