電子電路設(shè)計(jì)解惑篇，如何解決傳感器電子電路設(shè)計(jì)中的干擾問(wèn)題(下)

電子電路設(shè)計(jì)十分重要，對(duì)于電子電路設(shè)計(jì)，大家并不陌生。但在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí)，難免會(huì)遇到各種問(wèn)題。在前文中，小編對(duì)電子電路設(shè)計(jì)中的抗干擾問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)討論，本文將延續(xù)前文，對(duì)電子電路設(shè)計(jì)抗干擾問(wèn)題予以最后的探討。如果你對(duì)本文即將涉及的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

1.合理布局

合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時(shí)也使對(duì)干擾信號(hào)的濾除變得相對(duì)簡(jiǎn)單。

1.1 地線布置的抗干擾措施

為克服這種由于地線布設(shè)不合理而造成的干擾，在設(shè)計(jì)印制電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量避免不同回路的電路同時(shí)流經(jīng)某一段共用地線。

特別是在高頻電路和大電流回路中，更要講究地線的接法。把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，是減少噪聲通過(guò)地線串?dāng)_的有效方法。

1.2 電源布線的抗干擾措施

在布線時(shí)，首先要將交流電源部分與直流電源部分分開(kāi)，不要共用接地導(dǎo)線，就是把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，減少噪聲通過(guò)地線串?dāng)_。

另外，在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲。

具體配置方法是在電源輸入端接一個(gè)10～100μF的電解電容，如果印制電路板的位置允許，采用100μF以上的電解電容的抗干擾效果會(huì)更好。

在電源線布線時(shí)，根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

同時(shí)，使電源線、地線的走線和數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞的方向一致，有助于增強(qiáng)抗干擾能力。

1.3 元器件布局的抗干擾措施

(1)抑制電磁干擾。相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元器件，應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)或采取屏蔽措施。要設(shè)法縮短高頻部分元器件之間的連線，減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾(如果需要對(duì)高頻部分使用金屬屏蔽罩，還應(yīng)該在板上留出屏蔽罩占用的面積)。易受干擾的元器件不能離得太近。

強(qiáng)電部分(220 V)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級(jí)和輸出級(jí)的元件應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)。直流電源引線較長(zhǎng)時(shí)，要增加濾波元件，防止50 Hz干擾。

揚(yáng)聲器、電磁鐵、永磁式儀表等元件會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，高頻變壓器、繼電器等會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。

這些磁場(chǎng)不僅對(duì)周圍元件產(chǎn)生干擾，同時(shí)對(duì)周圍的印制導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生影響。

這類干擾要根據(jù)情況區(qū)別對(duì)待，一般應(yīng)該注意幾點(diǎn)：

減少磁力線對(duì)印制導(dǎo)線的切割，確定兩個(gè)電感類元件的位置時(shí)，盡量使它們的磁場(chǎng)方向相互垂直，減少彼此間的耦合;

對(duì)干擾源進(jìn)行磁屏蔽，屏蔽罩要良好接地;

使用高頻電纜直接傳輸信號(hào)時(shí)，電纜的屏蔽層應(yīng)一端接地。

(2)抑制熱干擾。溫度升高造成的干擾，在印制板設(shè)計(jì)中也應(yīng)該引起注意。在排版設(shè)計(jì)印制板的時(shí)候，應(yīng)采取措施進(jìn)行元器件之間的熱隔離。

比如對(duì)于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備內(nèi)的上部。

電路長(zhǎng)期工作引起溫度升高，會(huì)影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。

2.屏蔽技術(shù)

采用屏蔽技術(shù)可以有效防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的干擾。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。

2.1 靜電屏蔽

用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料，制作密閉的金屬容器，并與地線連接，把需要保護(hù)的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)不影響其內(nèi)部電路，反過(guò)來(lái)，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場(chǎng)也不會(huì)影響外電路。

例如傳感器測(cè)量電路中，在電源變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間插入一個(gè)留有縫隙的導(dǎo)體，并把它接地，可以防止兩繞組之間的靜電耦合。

2.2 電磁屏蔽

對(duì)于高頻干擾磁場(chǎng)，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場(chǎng)的能量，渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而使被保護(hù)電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。

若電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。傳感器的輸出電纜一般采用銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽，既有靜電屏蔽又有電磁屏蔽的作用。

屏蔽材料必須選擇導(dǎo)電性能良好的低電阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅等。

2.3 低頻磁屏蔽

干擾如為低頻磁場(chǎng)，這時(shí)的電渦流現(xiàn)象不太明顯，只用上述方法抗干擾效果并不太好，因此必須采用采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便把低頻干擾磁感線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使被保護(hù)電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。

傳感器檢測(cè)儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進(jìn)一步將其接地，又同時(shí)起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

基于以上3種常用的屏蔽技術(shù)，因此在干擾比較嚴(yán)重的地方，可以采用復(fù)合屏蔽電纜，即外層是低頻磁屏蔽層，內(nèi)層是電磁屏蔽層，達(dá)到雙重屏蔽的作用。

例如電容式傳感器在實(shí)際測(cè)量時(shí)其寄生電容是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，否則其傳輸效率、靈敏度都要變低，必須對(duì)傳感器進(jìn)行靜電屏蔽，而其電極引出線就采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱之為驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過(guò)程中的寄生電容。

3.接地技術(shù)

接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來(lái)干擾，同時(shí)可提高測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾因素。

接地的目的有兩個(gè)：安全性和抑制干擾。因此接地分為保護(hù)接地、屏蔽接地和信號(hào)接地。保護(hù)接地以安全為目的，傳感器測(cè)量裝置的機(jī)殼、底盤等都要接地。

要求接地電阻在10 Ω以下;屏蔽接地是干擾電壓對(duì)地形成低阻通路，以防干擾測(cè)量裝置。接地電阻應(yīng)小于0.02Ω;信號(hào)接地是電子裝置輸入與輸出的零信號(hào)電位的公共線，它本身可能與大地是絕緣的。

信號(hào)地線又分為模擬信號(hào)地線和數(shù)字信號(hào)地線，模擬信號(hào)一般較弱，故對(duì)地線要求較高;數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，故對(duì)地線要求可低一些。

不同的傳感器檢測(cè)條件對(duì)接地的方式也有不同的要求，必須選擇合適的接地方法，常用接地方法有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。

3.1 一點(diǎn)接地

在低頻電路中一般建議采用一點(diǎn)接地，它有放射式接地線和母線式接地線路。

放射式接地就是電路中各功能電路直接用導(dǎo)線與零電位基準(zhǔn)點(diǎn)連接;

母線式接地就是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體作為接地母線，直接接到零電位點(diǎn)，電路中的各功能塊的地可就近接在該母線上。

這時(shí)若采用多點(diǎn)接地，在電路中會(huì)形成多個(gè)接地回路，當(dāng)?shù)皖l信號(hào)或脈沖磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)這些回路時(shí)，就會(huì)引起電磁感應(yīng)噪聲，由于每個(gè)接地回路的特性不同，在不同的回路閉合點(diǎn)就產(chǎn)生電位差，形成干擾。為避免這種情況，最好采用一點(diǎn)接地的方法。

傳感器與測(cè)量裝置構(gòu)成一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)，但兩者之間可能相距較遠(yuǎn)。

由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大地電流十分復(fù)雜，所以這兩部分外殼的接大地點(diǎn)之間的電位一般是不相同的;若將傳感器與測(cè)量裝置的零電位在兩處分別接地，即兩點(diǎn)接地，則會(huì)有較大的電流流過(guò)內(nèi)阻很低的信號(hào)傳輸線產(chǎn)生壓降，造成串模干擾。因此這種情況下也應(yīng)該采用一點(diǎn)接地方法。

3.2 多點(diǎn)接地

一般建議高頻電路采用多點(diǎn)接地。高頻時(shí)，即使一小段地線也將有較大的阻抗壓降，加上分布電容的作用，不可能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，因此可采用平面式接地方式，即多點(diǎn)接地方式，利用一個(gè)良好的導(dǎo)電平面體(如采用多層線路板中的一層)接至零電位基準(zhǔn)點(diǎn)上，各高頻電路的地就近接至該導(dǎo)電平面體上。

由于導(dǎo)電平面體的高頻阻抗很小，基本保證了每一處電位的一致，同時(shí)加設(shè)旁路電容等減少壓降。因此，這種情況要采用多點(diǎn)接地方式。

4.隔離技術(shù)

在接口電路中，如出現(xiàn)兩點(diǎn)以上接地時(shí)，可能引入共阻耦合干擾和地環(huán)路電流干擾。抑制這類干擾的方法是采用隔離技術(shù)。通常有電磁隔離和光電隔離兩種。

(1)電磁耦合隔離

利用隔離變壓器來(lái)切斷環(huán)流，由于地環(huán)路則被切斷，兩電路有獨(dú)立的地電位基準(zhǔn)，因而不會(huì)造成干擾，信號(hào)通過(guò)耦合形式進(jìn)行傳遞。

(2)光電耦合隔離

光電耦合器是一種電-光-電的耦合器件，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝組成，其輸入與輸出在電氣上是絕緣的，因此，這種器件除了用于做光電控制外，現(xiàn)在被越來(lái)越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。這樣即使輸入回路有干擾，只要它在門限之內(nèi)，就不會(huì)對(duì)輸出造成影響。

5.其他抗干擾技術(shù)

(1)穩(wěn)壓技術(shù)。目前智能傳感器及儀器儀表開(kāi)發(fā)中常用的穩(wěn)壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源，另一種是DC-DC穩(wěn)壓電源，這對(duì)防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)干擾儀器正常工作十分有效。

(2)抑制共模干擾技術(shù)。采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。

(3)軟件補(bǔ)償技術(shù)。外界因素如溫濕度變化等也會(huì)引起某些參數(shù)的變化，造成偏差。可以利用軟件根據(jù)外界因素的變化和誤差曲線進(jìn)行修正，去掉干擾。

以上便是此次小編帶來(lái)的“電子電路設(shè)計(jì)”相關(guān)內(nèi)容，希望大家對(duì)上述介紹的內(nèi)容具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!