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[導讀]開關量輸入/輸出通道和模擬量輸入/輸出通道,都是干擾竄入的渠道,要切斷這些渠道,就要去掉外部與輸入/輸出通道之間的公共地線,實現(xiàn)彼此電氣隔離以抑制干擾脈沖。最常用的隔離器是光電耦合器,其內部結構 圖 9.5(a), 圖 9.5(b) 為接入光電耦合器的數(shù)字電路。

一、光電隔離

開關量輸入/輸出通道和模擬量輸入/輸出通道,都是干擾竄入的渠道,要切斷這些渠道,就要去掉外部與輸入/輸出通道之間的公共地線,實現(xiàn)彼此電氣隔離以抑制干擾脈沖。最常用的隔離器是光電耦合器,其內部結構 圖 9.5(a), 圖 9.5(b) 為接入光電耦合器的數(shù)字電路。

圖 9.5 二極管、三極管光電耦合器

光電耦合器的應用非常廣泛,概括起來可分為兩類:一是輸入輸出的隔離;二是消除和抑制噪聲。

1.輸入/輸出隔離

當回路用光電耦合器隔離后,線路非常簡單,不必擔心輸入/輸出的接地。

1) 脈沖電路的應用

門電路將不同電位的信號,加到光電耦合器上,構成簡單的邏輯電路,可方便地用于各種邏輯電路相連的輸入端,能把信號送到輸出端,而輸入端的噪聲不會送出。

2) 整形放大

在測量微弱電流時,常常采用由光電耦合器構成的整形放大器。若放大器中使用機械換流器(或場效應管)時,響應速度慢,有尖峰干擾,影響電路工作。采用光電耦合器就沒有這樣的問題,尖峰噪聲可以去掉。

2.消除由負載引起的噪聲

用邏輯電路信號來驅動可控硅 ,如圖 9.6 所示,由于負載為感性開關電路,產(chǎn)生的尖峰噪聲用光電耦合器隔離輸入輸出后,負載上的噪聲就 不會反饋到邏輯電路。

二、硬件濾波電路

常用的低通濾波器有 RC 濾波器、LC 濾波器、 雙 T 濾波器及有源濾波器等,它們的結構圖分別見圖 9.7(a)、(b)、(c)、(d)。

圖 9.7 四種濾波器的結構圖

RC 濾波器的結構簡單,成本低,不需調整。但它的串模抑制比不高,時間常數(shù) RC 較大,會影響放大器的動態(tài)特性。

LC 濾波器的串模抑制比高,但需要繞制電感,體積大,成本高。

雙 T 濾波器對某一固定頻率的干擾具有很高的抑制比,主要用于工頻干擾,對高頻干擾無能為力。雙 T 濾波器結構簡單,但調整起來較麻煩。

有源濾波器可以獲得較為理想的頻率特性,但有源器件的共模抑制比一般難以滿足要求,其本身帶來的噪聲也比較大。

硬件濾波電路能夠削弱各類高頻干擾,但低通濾波器的截止頻率若定得很低( 如 0.1 Hz),就難以勝任,此時可采用軟件濾波(數(shù)字濾波) 來實現(xiàn)。

三、過壓保護電路

在輸入通道上采用一定的過壓保護電路 ,以防引入高壓,損壞系統(tǒng)電路。過壓保護電路由限流電阻和穩(wěn)壓管組成,穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號電壓為宜。對于微弱信號(0.2V 以下), 采用兩支反并聯(lián)的二極管,也可起到過壓保護作用。

四、調制解調技術

有時,有效信號的頻譜與干擾的頻譜相互交錯,使用一般硬件濾波很難分離,可采用調制解調技術。先用已知頻率的信號對有效信號進行調制,調制后的信號頻譜應遠離干擾信號的頻譜區(qū)域。傳輸中各種干擾信號很容易被濾波器濾除,被調制的有效信號經(jīng)解調器解調后,恢復原狀。有時,不用硬件解調,運用軟件中的相關算法,也可達到解調的目的。

五、抗干擾穩(wěn)壓電源

供電線路是干擾入侵系統(tǒng)的主要途徑,要使單片機系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,在電源方面常用的抗干擾措施有:

(1) 應用系統(tǒng)的供電線路和產(chǎn)生干擾的用電設備分開供電。

(2) 通過低通濾波器和隔離變壓器接入電網(wǎng),如圖 9.8 所示。低通濾波器可吸收大部分電網(wǎng)中的“毛刺”。隔離變壓器在初級和次級之間加入了一層屏蔽層,并將它和鐵芯一起接地。

(3) 整流組件上并接濾波電容。濾波電容選用 1000 pF ~ 0.01 μF 的瓷片 電容,接法 參見圖 9.8 。

(4) 采用高質量的穩(wěn)壓電源。要求電源的等效內阻小于系統(tǒng)等效負載電阻數(shù)百倍。為 進一步加強抗干擾效果,濾波電容采用電解電容并接上一個瓷片電容或獨石電容。參見圖 9.8 。在系統(tǒng)電路主板上,電源與地之間,最好每隔一定位置跨接一些濾波電容。

圖 9.8 抗干擾穩(wěn)壓電源

六、數(shù)字信號采用負邏輯傳輸

干擾源作用于高阻線路上,容易形成較大幅度的干擾信號,而對低阻線路影響要小一些。在數(shù)字系統(tǒng)中,輸出低電平時內阻較小,輸出高電平 時內阻較大。如果我們采用負邏輯傳輸,就可以減少干擾引起的誤動作,提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴?

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