电梯监控抗干扰技术原理与要点
1. 综述
监控工程中，电梯监控由于应用环境复杂，视频干扰问题，是常见的工程中难题，若不能很好解决，监控图像在电梯工作时，会产生诸如横纹、斜纹、网纹、尖刺纹等严重的干扰，使工程质量达不到预期要求甚至系统无法交付使用。
当前系统集成商在电梯监控中往往忽略干扰问题，只是在工程施工中干扰出现时，才被动的解决。这样既影响工程正常工期，又会使投资建设方对系统整体性能和质量产生疑问，给后期维护和工程款项的支付造成困难；另外解决问题所用设备（如抗干扰器），也很难重新申请款项。所以建议系统集成商在系统方案设计时，对电梯监控的干扰问题就予以考虑，将视频抗干扰器等设备计入工程设备项；选择合适的传输方式和传输线缆；制定合理的施工方案，将隐患消弥于未然，使工程高质高效的完成，为企业赢得良好的信誉。
本文旨在论述电梯监控的特点及干扰产生的机理，使系统集成商在工程设计和施工中有的放矢，以技术手段解决干扰难题。
2. 干扰产生机理分析
干扰产生有三个要素：
●干扰源
●对干扰信号敏感的接收电路（或电子系统）
●干扰源到接收电路（或电子系统）的耦合通道
1）干扰源
电梯电机为高压、大功率设备（相对于视频系统），其启停、加/减速、运行过程中会产生大量的干扰信号，且现在电梯大多使用变频电机，作为干扰源其干扰信号从工作频率到该频率高次谐波分布很广、频谱很宽、功率较强，而该干扰信号频谱范围可能覆盖视频信号的频率区或高频段。
在视频传输中，由于电梯内还有很多其它控制、动力（照明、风扇）、通信等电缆，各种电缆都会产生电磁辐射，而这些电缆与视频电缆平行走线，且长度较长，易对视频信号造成干扰。
外部干扰源为高电压小电流时，主要为电场干扰；干扰源为低电压大电流时，主要为磁场干扰。电梯监控环境，电场、磁场干扰并存，且较严重。在干扰分析时，近场（干扰源与
被干扰系统间距离＜干扰源波长的1/6＝可把电场和磁场分别处理；远场应按电磁场组合来分析。
当电缆中的介质不与导体保持接触时，介质由于摩擦可以带电，称之为摩擦电效应。这往往由于电缆机械弯曲而引起，这种电缆的带电即成为噪声源。
若传输电缆间有接头，若接头处连接不可靠，会产生接触噪声。接触噪声正比于直流电流的大小，功率密度正比于传输信号频率的倒数（1/f），为低频噪声。这主要由于电缆接头处虚焊或接头长期裸露于空气中，接点氧化造成。
当传输线在磁场内运动，线的两端即会产生感应电压，若一个工作导线在这种磁场中运动，导线上就会产生噪声，噪声大小取决于线缆的环路面积、移动速度和磁场频率，视频电缆因其同轴性环路面积较小（理想同轴电缆，环路面积等于零，无噪声信号。但实际电缆会有一定偏差，会有环路面积，一般较小），感应的噪声信号较小，但若磁场较强，感应产生的噪声信号对视频之类的宽带低电平信号仍可能产生较大的影响。由于电梯的动力系统及其他设备会产生较强的杂散磁场，监控传输线缆（电源及视频信号线）又随着电梯上下同步运动，会产生这种干扰源，尤其当视频传输线缆屏蔽层前后端接地时，对低频磁场其环路面积会非常大，线路上感应的噪声信号会很强，将对视频信号产生严重干扰。
当视频系统前端设备和后端设备都接地，且地线与交流电源地相同，因交流电源地之间会有较大的电位差，作为干扰源会使视频图像产生严重的工频干扰，具体表现为图像中出现一条横线，当视频信号场频与电源同步时，此横线静止不动；当二者不同步时，此横线将以电源频率与视频信号场频之差上下移动。
2）视频系统（接收器）
视频系统包括前端（信息采集）、传输系统、后端（信息处理）部分，前端设备摄像机将采集的图像信息转化为标准的视频信号输出，该视频信号为宽带（10～6MHz）小信号（1～2Vpp），信噪比较低，对干扰噪声比较敏感。由于电梯环境中各种干扰源和耦合通道的存在，若不采取有效措施，会对视频系统会产生的干扰，根据干扰信号频率的不同，视频图像表现为横纹、斜纹、网纹、尖刺状纹干扰。尤其在楼层高时，传输线路较长，线路的衰减使得信噪比进一步降低，干扰会更加严重。
3）干扰波的耦合
干扰源所产生的电磁干扰波，通过耦合使视频信号产生相应的干扰噪声。与电梯监控相关的噪声耦合方式有以下几种：
①传导耦合
传输导线经过具有噪声的环境中，即拾取噪声并传送到电子系统设备中造成干扰。电梯监控中的传导耦合干扰，主要为干扰噪声经电源、视频传输线路传至系统。电源噪声将使被供电的摄像机输出的视频信号被干扰，因视频源被干扰，即使在传输中加抗干扰设备亦无法消除；视频信号在传输线路上被干扰，将直接影响视频图像。
②经公共阻抗耦合
当两个系统电路的电流经一个公共阻抗时，一个系统电路的电流在该公共阻抗上形成的电压影响到另一个系统电路中，此即为公共阻抗耦合。公共阻抗可以是电阻、电容、电感。该耦合一般发生在两个系统电路共地或共电源时。
③电场（电容性）耦合
当干扰源产生的干扰波是以电压形式出现时，干扰源与工作系统（被干扰系统）之间就存在电场耦合。干扰电压经二者间的杂散电容耦合到工作系统电路。
干扰电压产生于工作系统与地之间且正比于干扰源的电压和频率、被干扰系统的输入阻抗、耦合电容。对于监控系统工作环境，干扰源电压和频率无法改变，视频系统的输入阻抗固定（75），仅可通过减少耦合电容降低干扰。减少耦合电容可通过改变传输线缆的方向、屏蔽或使传输导线远离其他产生干扰的线缆方式实现。
④磁场（互感）耦合
当干扰源产生的干扰波以电流形式出现时，干扰源的电流产生的磁场对工作系统（被干扰系统）的作用可等效为互感耦合。仅可通过减少互感降低干扰。
互感耦合产生的干扰电压与工作系统电路相串连且正比于干扰源电流、频率和二者之间的互感。对于监控系统工作环境，干扰源电流和频率无法改变，仅可通过减少互感来降低干扰。减少互感可通过将干扰源线缆两根导线绞合，利用绞合线上的电流方向相反将磁场相互抵消；使传输线缆尽量远离干扰源或视频系统线缆避开干扰场的垂直方向；减少工作系统回路面积等方式实现。
⑤辐射电磁场感应
辐射的电场和磁场会造成噪声耦合，所有电子设备包括导线在内，当有电荷运动时都会辐射电磁场。干扰的感应电压正比于电磁场强度。电子设备传输线缆具有天线效应，即能够辐射干扰波或接收干扰波。当干扰源线缆长度接近其干扰信号的1/2波长时，干扰辐射效率最高，当工作系统（被干扰系统）的传输线缆长度接近干扰信号的1/2时，干扰耦合效率最高，此时若干扰信号功率较大就会对工作系统产生严重的干扰。电梯动力系统工作时作其干扰信号从工作频率到该频率高次谐波分布很广，功率亦较强，干扰信号会通过各类传输电缆
辐射较强的干扰波，而视频系统的电源和信号线像天线一样接收这类干扰信号，从而对视频系统造成干扰。
3. 抗干扰措施
根据干扰产生的三个要素，可从三个方面抑制干扰信号：
●抑制干扰源
●消除干扰信号的耦合
●在工作系统中抑制干扰
在实际的监控系统中，干扰信号往往由其他系统或设备产生，监控系统设计和施工人员无法或无权改进，这种情况抑制干扰源措施在此不加论述，仅从可为的方面论述抗干扰的措施。
1）传输线缆选择
视频电缆在电梯中随着电梯的上下运行，电缆总有一段受重力作用要弯曲变形，使电缆各层之间纵向受力不均或相反方向，在电梯反复运动中会造成电缆层之间的相对滑动，会产生摩擦电效应成为噪声源，同时也会拉伸屏蔽层，影响抗干扰效能。所以在选择电缆时应选择各层间的粘合力强的电缆。
供电电缆选用RVS绞线，最好为屏蔽线，屏蔽层在前端接地，以达到对电场和磁场干扰良好的抑制效果。
因为传输线缆在电梯中随着电梯的上下运动，收重力作用线缆会产生拉伸形变，使线路的阻抗特性发生变化，降低信号传输信噪比；同时影响较高频率的电场干扰屏蔽，且屏蔽层电流的均匀性变差，对磁场的屏蔽效果将大为降低。这种情况在高层电梯时尤其如此。所以选择传输线缆应满足抗拉强度,，推荐使用自承式扁平复合电梯专用电缆，该电缆将视频电缆、电源线、数据线和钢绞线复合成一根扁平的带状电缆，整条电缆的拉力由钢绞线来承受，抗拉强度大大提高，从而减少线缆拉伸形变。现在有些电梯出厂时直接配备这种电缆作为随行电缆。
2）线缆布局
视频电缆其中一部分与电梯随行运动，如前干扰源论述，这部分电缆的运动会产生干扰，所以应使随行电缆尽量短，条件允许时可将视频电缆出电梯井端设在电梯在井中部，再从其它通道引回主控室。这时井内随行视频电缆长度最短，大约只有井深的一半多一点，引入的干扰也最小。
随行运动部分的视频电缆与电梯内其他随行电缆都是与视频电缆并行且近距离捆扎，具
有良好干扰耦合通道。所以捆扎前，应尽可能了解其他随行电缆的结构和分布情况，尽量争取使视频电缆远离电流大、电压高、频率高的其他电缆，因为此时干扰源（其他电缆）为近场干扰，干扰源电磁场强度按距离平方衰减。
若实际工程不允许视频电缆从电梯中间出线，须从电梯井的顶部或底部走出。这种情况下，有一半电缆是固定延伸连接，不运动。这部分电缆铺设时应远离电梯本身随行电缆；且电缆穿金属管或走金属槽，金属管槽接地，以屏蔽干扰对这部分电缆的影响。
从电梯井出线端到监控中心的电缆，应走金属管或走金属槽且在出线端处接地，以屏蔽沿途环境干扰对这部分电缆的影响。尽量远离其他动力线缆，尤其当在视频传输线缆电梯出线端途径电梯机房，更应使电缆尽可能远离电梯动力设备。
3）视频系统前端供电及供电线路
视频系统前端（摄像机等设备）供电最好从主控室集中提供，尽可能不在电梯轿厢处直接取电。从抗干扰角度考虑应采用交流供电（一般为AC24V），配置电源适配器为摄像机供电。电源适配器尽量选择线性电源（变压器型），电源适配器应选用纹波小的优质电源，并尽量靠近摄像机以使电源输出线最短，防止公共阻抗干扰。若环境干扰太大，供电线路可穿套磁环或缠绕磁环、接共模扼流圈等方式进行高频滤波；可定制初、次级隔离型变压器的电源适配器，电源屏蔽体引线与电源输出的地相连，以消除变压器初次级分布电容造成的高频干扰耦合。
若无法集中供电，可选择从电梯轿箱中照明电中取电，不使用动力电。同前可采用供电线路穿套磁环或缠绕磁环、接共模扼流圈、使用初、次级隔离型变压器的电源适配器措施抑制干扰。
首先判断是否是电源干扰的方法：找一块蓄电池，直接给摄像机供电，若干扰排除则证明是电源干扰，不能排除则证明是其他原因造成的干扰（也可能是摄像机本身问题）。
注意当电源将干扰引入摄像机时，因视频源被干扰，即使采用抗干扰设备（视频抗干扰器）也无法减轻视频图像干扰的现状。这点也可用于检测是否电源干扰的方法。
若判断为电源干扰，首先检测供电电源输入电压是否降低（可能是前端供电功率不够或传输线路衰减组成），电压降低可能使电源工作不正常，使输出电压不稳，纹波很大，本身即为一干扰源。
4）视频接头
线缆接头尽量少，线缆连接处应使用BNC连接器，BNC接头与电缆芯线务必焊接牢靠，电缆屏蔽网均布包裹于BNC接头外壳圆周，且压（焊）接牢固，无接触不良。否则将使信
号衰减增加，降低信噪比；产生接触噪声；大大降低电场干扰的屏蔽效果。
5）断绝地环路
安装时要特别注意摄像机金属外壳、BNC头的外壳、同轴电缆的屏蔽网等视频信号的“地”和电梯轿箱、导轨间的绝缘，以免前后端双端接地形成地环路。否则在低频磁场干扰使会使磁场感应的环路面积非常大，耦合很大的干扰信号；如果前后端地之间存在电位差，会引入新的干扰源。当环境中同时存在较大的高频（>1MHz）磁干扰时，可将摄像机地串接一小电容（如0.01u）与电梯轿箱相连。
6）使用抗干扰器
如果视频干扰是由传输中噪声耦合造成，使用视频抗干扰器是最有效的方法。视频抗干扰器原理是提高视频信号幅值，彻底改变视频信号低电平小信号易被干扰的特性，提高信噪比（也有采用高频调制的移频方式实现，在此不加论述）。视频抗干扰器有三个指标：一为信号幅值，幅值越高，抗干扰性越强。但放大器的放大倍数（增益）与带宽恒定，放大倍数大，带宽就小，而视频信号为宽带小信号，要求信号大必须使放大倍数很大，但这又可能使的信号带宽减小，使视频信号失真；同时由于视频系统为低阻抗，信号过大会使得功率消耗太大，以致于损坏器件或热保护使设备不能工作。所以设计放大器时一定要兼顾放大倍数、带宽和输出功率的要求，这是一个难点。二为视频信号的均衡，因为在传输时，线缆对信号的衰减不均衡，高频衰减大、低频衰减小，对视频信号高频影响图像细节和颜色。若放大器仅采用线性放大（对高低频采用同一放大倍数），将会使得图像清晰度降低、颜色变淡，对于较远距离的传输更加明显。所以放大器设计应根据线路衰减特性，使高频增益大、低频增益小，此即为信号均衡技术，因设备应用时要兼顾远近距离的传输，均衡需可调节，设计难道大，市场上大部分此类产品无此功能。三为设备屏蔽性，因抗干扰器为电子设备，在强干扰环境工作，本身也需具备屏蔽干扰的功能，为防止外界高低频干扰信号侵入，所以其外壳应采用全封闭金属结构。
SYSTEK240采用独特设计，具有极高的传输信噪比，并综合应用共模抑制技术、屏蔽外壳结构等增强抗干扰能力；具有视频信号均衡功能，可根据电缆传输特性，对视频传输的衰减和频率失真进行补偿，并采用预加重技术，使视频信号高频抗干扰性更强，传输后不降低图像清晰度和颜色，图像效果优异，且可大大延长传输距离（可达1000米）。同时具有防雷功能。特别适合强干扰环境的监控。
4. 采用RVS电缆传输视频，提高抗干扰能力
因为在电梯井内视频传输距离较短（一般在200米以内），可采用RVS（铜芯聚氯乙烯绝缘绞形连接软电线）双绞型电缆传输视频，且因RVS双绞型电缆比较柔软且为每芯多铜丝，随着电梯运动弯曲时不易折断，使用寿命会更长。但RVS电缆因分布电容比较大，信号带宽不够，对视频信号高频衰减大，使传输的图像质量不佳；另因视频信号为非平衡信号，对电场屏蔽作用很小，直接传输易受到电场干扰。所以需配备视频双绞线传输器，将单端信号转化为平衡信号传输，同时在视频信号传输前对高频预加重处理，在接收端均衡调节，恢复高质量图像。
根据距离，RVS一般在2*0.5、2*0.75、2*1. 0中选用。
1）利用RVS双绞型电缆传输视频提高抗干扰能力的机理分析
①双绞线环路面积较小，对磁场尤其是采用。且RVS电缆线芯与护套附着紧密，不易产
生摩擦电效应噪声。
②因RVS为绞接平衡线（二根导线特性相同），视频信号传输采用平衡电路，二根导线上
传输的视频信号为一对幅度相等、极性相反的差模信号，在接收端通过相减可使视频信号倍增；而干扰信号对称的在绞线对上产生，为纵向共模信号（幅度相等、极性相同），接收端通过相减，两根绞线感应的干扰电流可完全消除。该方式无论对电场还是磁场干扰，都能够很好抑制，且在大量实际应用中得到验证。
2）RVS双绞型电缆传输视频的注意事项
①因RVS电缆分布电容比较大，对视频信号高频衰减大，不适合远距离传输，可仅在与
电梯随行部分采用RVS电缆，其后采用5类以上网络双绞线传输，RVS电缆与网线连接处为电梯中部附近。网络双绞线为宽带信号线缆，发布电容小，适合远距离视频传输，但网线为线芯线径细且为单铜丝，易折断，不适合用作电梯随行电缆。这样布线可使电梯随行的RVS电缆长度最短（仅有井深的一半多一点），信号衰减可降至最低。RVS电缆与网线连接方法：可先将RVS电缆套上热缩管；将二种电缆焊接牢固，无虚焊；热缩管移到结点处，将裸露线缆和结点包裹，均匀加热热缩管使其收缩，注意应使热缩管紧裹连接处，使裸露铜线与外部空气隔绝，防止年久氧化，破坏线路平衡性和阻抗匹配，影响视频传输效果。
②为达到好的传输质量和提高抗干扰性，传输线缆最好整根无接头（上述RVS与网线接
头除外）。
线路板PCB设计过程抗干扰设计规则原理 印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件。它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展，PGB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此，在进行PCB 设计时。必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。 PCB设计的一般原则要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB。应遵循以下一般原则： 1. 布局首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后。再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则： (1) 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。 (2)某 些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 (3) 重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。 (4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 (5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元。对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。 2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB 上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
射频电路板抗干扰设计摘要:为保证电路性能,在进行射频电路印制电路板( PCB)设计时应考虑电磁兼容性,这对于减小系统电磁信息辐射具有重要的意义。文中重点讨论按元器件的布局与布线原则来最大限度地实现电路的性能指标,达到抗干扰的设计目的。通过几个实验测试事例,分析了影响印制板抗干扰性能的几个不同因素,说明了印制板制作过程中应采取的实际的解决办法。 引言随着通信技术的发展,无线射频电路技术运用越来越广,其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量,射频电路印制电路板( PCB)的抗干扰设计对于减小系统电磁信息辐射具有重要的意义。射频电路PCB的密度越来越高, PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大,同一电路,不同的PCB设计结构,其性能指标会相差很大。电磁干扰信号如果处理不当,可能造成整个电路系统的无法正常工作,因此如何防止和抑制电磁干扰,提高电磁兼容性,就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课题。 电磁兼容性EMC是指电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求能正常工作的能力。电子系统所受的电磁干扰不仅来自电场和磁场的辐射,也有线路公共阻抗、导线间耦合和电路结构的影响。在研制设计电路时,希望设计的印制电路板尽可能不易受外界干扰的影响,而且也尽可能小地干扰影响别的电子系统。 设计印制板首要的任务是对电路进行分析,确定关键电路。这就是要识别哪些电路是干扰源,哪些电路是敏感电路,弄清干扰源可能通过什么路径干扰敏感电路。射频电路工作频率高,干扰源主要是通过电磁辐射来干扰敏感电路,因此射频电路PCB板抗干扰设计的目的是减小PCB板的电磁辐射和PCB 板上电路之间的串扰。 1 射频电路板设计 1. 1 元器件的布局 由于SMT一般采用红外炉热流焊来实现元器件的焊接,因而元器件的布局影响到焊点的质量,进而影响到产品的成品率。而对于射频电路PCB设计而言, 电磁兼容性要求每个电路模块尽量不产生电磁辐射,并且具有一定的抗电磁干扰能力,因此元器件的布局也影响到电路本身的干扰及抗干扰能力,直接关系到所设计电路的性能。故在进行射频电路PCB 设计时除了要考虑普通PCB设计时的布局外,主要还须考虑如何减小射频电路中各部分之间的相互干扰、如何减小电路本身对其他电路的干扰以及电路本身的抗干扰能力。 根据经验,射频电路效果的好坏不仅取决于射频电路板本身的性能指标,很大部分还取决于与CPU处理板间的相互影响,因此在进行PCB设计时,合理布局显得尤为重要。布局的总原则是元器件应尽可能同一方向排列,通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象;根据经验元器件间最少要有
系统抗干扰 一、下面的一些系统要特不注意抗电磁干扰： 1、微操纵器时钟频率特不高，总线周期特不快的系统。 2、系统含有大功率，大电流驱动电路，如产生火花的继电器，大电流开关等。 3、含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。 二、为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施： 1、选用频率低的微操纵器： 选用外时钟频率低的微操纵器能够有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。尽管方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微操纵器产生的最有阻碍的高频噪声大约是时钟频率的3倍。 2、减小信号传输中的畸变 微操纵器要紧采纳高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段专门长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就专门严峻，它会引起信号畸变，增加系统噪声。当Tpd＞Tr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。
信号在印制板上的延迟时刻与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。能够粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。微操纵器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr（标准延迟时刻）为3到18ns之间。 当信号的上升时刻快于信号延迟时刻，就要按照快电子学处理。现在要考虑传输线的阻抗匹配，关于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要幸免出现T d＞Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。 用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则： 信号在印刷板上传输，其延迟时刻不应大于所用器件的标称延迟时刻。 3、减小信号线间的交叉干扰： A点一个上升时刻为Tr的阶跃信号通过引线AB传向B端。信号在AB线上的延迟时刻是Td。在D点，由于A点信号的向前传输，到达B点后的信号反射和A B线的延迟，Td时刻以后会感应出一个宽度为Tr的页脉冲信号。在C点，由于AB上信号的传输与反射，会感应出一个宽度为信号在AB线上的延迟时刻的两倍，即2Td的正脉冲信号。这确实是信号间的交叉干扰。干扰信号的强度与C 点信号的di/at有关，与线间距离有关。当两信号线不是专门长时，AB上看到的实际是两个脉冲的迭加。 CMOS工艺制造的微操纵由输入阻抗高，噪声高，噪声容限也专门高，数字电路是迭加100~200mv噪声并不阻碍其工作。若图中AB线是一模拟信号，这种干
> 抗干扰设计原则 1.电源线的设计 （1）选择合适的电源 （2）尽量加宽电源线 （3）保证电源线、底线走向和数据传输方向一致 （4）使用抗干扰元器件 （5）电源入口添加去耦电容（10~100uf） 2.[ 3.地线的设计 （1）模拟地和数字地分开 （2）尽量采用单点接地 （3）尽量加宽地线 （4）将敏感电路连接到稳定的接地参考源 （5）对pcb板进行分区设计，把高带宽的噪声电路与低频电路分开 （6）尽量减少接地环路（所有器件接地后回电源地形成的通路叫“地线环路”）的面积 3.. 4.元器件的配置 （1）不要有过长的平行信号线 （2）保证pcb的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端尽量靠近，同时远离其他低频器件（3）元器件应围绕核心器件进行配置，尽量减少引线长度 （4）对pcb板进行分区布局 （5）考虑pcb板在机箱中的位置和方向 （6）缩短高频元器件之间的引线 4.】 5.去耦电容的配置 （1）每10个集成电路要增加一片充放电电容（10uf） （2）引线式电容用于低频，贴片式电容用于高频 （3）每个集成芯片要布置一个的陶瓷电容 （4）对抗噪声能力弱，关断时电源变化大的器件要加高频去耦电容 （5）电容之间不要共用过孔 （6）去耦电容引线不能太长 5.— 6.降低噪声和电磁干扰原则 （1）尽量采用45°折线而不是90°折线（尽量减少高频信号对外的发射与耦合） （2）用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率 （3）石英晶振外壳要接地 （4）闲置不用的们电路不要悬空 （5）时钟垂直于IO线时干扰小 （6）尽量让时钟周围电动势趋于零
（7）IO驱动电路尽量靠近pcb的边缘 （8）- （9）任何信号不要形成回路 （10）对高频板，电容的分布电感不能忽略，电感的分布电容也不能忽略 （11）通常功率线、交流线尽量在和信号线不同的板子上 6.其他设计原则 （1）CMOS的未使用引脚要通过电阻接地或电源 （2）用RC电路来吸收继电器等原件的放电电流 （3）总线上加10k左右上拉电阻有助于抗干扰 （4）采用全译码有更好的抗干扰性 （5）~ （6）元器件不用引脚通过10k电阻接电源 （7）总线尽量短，尽量保持一样长度 （8）两层之间的布线尽量垂直 （9）发热元器件避开敏感元件 （10）正面横向走线，反面纵向走线，只要空间允许，走线越粗越好（仅限地线和电源线）（11）要有良好的地层线，应当尽量从正面走线，反面用作地层线 （12）保持足够的距离，如滤波器的输入输出、光耦的输入输出、交流电源线和弱信号线等（13）长线加低通滤波器。走线尽量短截，不得已走的长线应当在合理的位置插入C、RC、或LC低通滤波器。 （14）> （15）除了地线，能用细线的不要用粗线。 7.布线宽度和电流 一般宽度不宜小于（8mil) 在高密度高精度的pcb上，间距和线宽一般(12mil) 当铜箔的厚度在50um左右时，导线宽度1~(60mil) = 2A 公共地一般80mil,对于有微处理器的应用更要注意 8.} 9.电源线尽量短，走直线，最好走树形，不要走环形 9.布局 10.首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加;过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。 在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。 在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则： (1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。 (2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
数字电子系统的抗干扰设计 摘要:主要描述了数字电子系统中不易解决的电源噪声干扰和传导干扰问题，并介 绍了几种解决问题的途径和方法。 关键词：电源;传导；干扰;抑制 1 引言 每个电气工程师和电气工程技术人员都希望他所设计的设备工作可靠,不会被其它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在,所以,我们设计的产品往往达不到这些目标。如果不能有效地解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法,这样一来既浪费了我们投资项目的所有时问、资金和努力,又可能使产品性能大打折扣。 二：一般在工作的开始就必须将干扰措施设计成产品。这一般包含四个步骤的过程： (1)了解干扰的类型和来源 干扰源：是指产生干扰的元件、 设备或信号，用数学语言描述:dｕ/ｄｔ， di／dt大的地方就是干扰源。如：继电器、
雷电、电机、可控硅、高频时钟等都可能 （2)在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对系统的影响; (3)设计线路板、导线的结构尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件; (4)将系统分成模块调试，保证每个子系统组装正确无误、工作正常,在进行进一步组装前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，经常提前完成任务,成本也较低。 干扰一般有电源噪声干扰、空间干扰(即场干扰)和传导干扰。空间干扰都通过电磁波辐射窜人系统；传导干扰则通过与系统相连接的导线，如,以与前向通道和后向通道等进人系统；电源噪声干扰有过压、欠压、浪涌电压、尖峰电压等。2．１抗干扰设计的几个原则： 即尽可能的减小干扰源的du/dt, di／dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和 最重要的原则,常常会起到事半功倍的 效果。减小干扰源的dｕ/dt主要是通过 在干扰源两端并联电容来实现。减小干 扰源的ｄi／ｄt则是在干扰源回路串联电 感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下: ①继电器线圈增加续流二极管,消
控制系统抗干扰设计与措施 发表时间：2019-01-25T15:03:19.950Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：刘江山[导读] 摘要：控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。 国网新疆电力有限公司电力科学研究院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830011 摘要：控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。抗干扰设计可以通过设备选型和综合抗干扰设计进行，采用优质电源、铠装屏蔽电缆以及选择正确的接地方式等措施提高抗干扰能力。 关键词：控制系统、电磁干扰、抗干扰设计 1概述 随着科学技术的发展，控制系统在工业中的应用越来越广泛。控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。自动化系统中所使用的各种类型控制系统，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多在强电电路和设备所造成的恶劣电磁环境中运行。要提高控制系统可靠性，这就要求控制系统生产厂家用提高设备的抗干扰能力；同时在工程设计、安装调试和使用维护中引起高度重视，增强系统的抗干扰性能。 2控制系统中电磁干扰源及对系统的影响 2.1系统信号的干扰 控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损坏。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰。控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使控制系统无法正常工作。 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响控制系统内逻辑电路和模拟电路的正常工作。控制系统工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响控制系统的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序故障或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 2.2控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的互相电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器间的互相不匹配使用等。这属于控制系统制造厂对系统内部进行电磁兼容设计内容，但要选择具有较多应用业绩或经过考验的系统。 3控制系统工程的抗干扰设计为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力。 控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产有较强抗干扰能力的产品，使用部门在工程设计、安装调试和运行维护中予以全面考虑，才能保证系统的电磁兼容性的运行可靠性。 3.1设备选型 在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮空技术、隔离性能好的控制系统系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩，国内工业现场的电磁干扰相比欧美地区高许多，对系统抗干扰性能要求更高，因此要求进口设备的抗干扰能力更高。 3.2综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施。主要包括：对控制系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。 4抗干扰措施 4.1采用性能优良的电源 在控制系统中，电源占有极重要的地位。电源干扰串入控制系统主要通道（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与控制系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于控制系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器和控制系统的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但效果不大。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少控制系统的干扰。目前采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种理想电源。 4.2电缆的选择及敷设 为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆，采用了铠装屏蔽动力电缆，从而降低了动力线产生的电磁干扰。 不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。 4.3正确选择接地方式，完善接地系统 接地的目的通常有2个，其一为了安全，其二为了抑制干扰。完善的接地系统是控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在控制系统侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接地。
抗干扰设计原则-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
抗干扰设计原则 1.电源线的设计 （1）选择合适的电源 （2）尽量加宽电源线 （3）保证电源线、底线走向和数据传输方向一致 （4）使用抗干扰元器件 （5）电源入口添加去耦电容（10~100uf） 2.地线的设计 （1）模拟地和数字地分开 （2）尽量采用单点接地 （3）尽量加宽地线 （4）将敏感电路连接到稳定的接地参考源 （5）对pcb板进行分区设计，把高带宽的噪声电路与低频电路分开 （6）尽量减少接地环路（所有器件接地后回电源地形成的通路叫“地线环路”）的面积 3.元器件的配置 （1）不要有过长的平行信号线 （2）保证pcb的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端尽量靠近，同时远离其他低频器件 （3）元器件应围绕核心器件进行配置，尽量减少引线长度 （4）对pcb板进行分区布局 （5）考虑pcb板在机箱中的位置和方向 （6）缩短高频元器件之间的引线 4.去耦电容的配置 （1）每10个集成电路要增加一片充放电电容（10uf） （2）引线式电容用于低频，贴片式电容用于高频 （3）每个集成芯片要布置一个的陶瓷电容 （4）对抗噪声能力弱，关断时电源变化大的器件要加高频去耦电容 （5）电容之间不要共用过孔 （6）去耦电容引线不能太长 5.降低噪声和电磁干扰原则 （1）尽量采用45°折线而不是90°折线（尽量减少高频信号对外的发射与耦合）（2）用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率 （3）石英晶振外壳要接地 （4）闲置不用的们电路不要悬空 （5）时钟垂直于IO线时干扰小 （6）尽量让时钟周围电动势趋于零 （7）IO驱动电路尽量靠近pcb的边缘 （8）任何信号不要形成回路 （9）对高频板，电容的分布电感不能忽略，电感的分布电容也不能忽略
电子系统中的抗干扰技术 摘要：应用硬件抗干扰措施是必不可少的一种有效方法。本文中介绍了几种形式的干扰以及解决方法，如信号如何走线、接地的安全可靠、印制电路板避免干扰的设计、电源使用注意事项等几方面进行了阐述。通过合理的硬件电路设计，可以削弱或 抑制绝大部分干扰。实践应用取得了良好的效果。 关键词：抗干扰、屏蔽、电磁辐射。 0 引言 干扰是无处不在的，干扰可导致系统工作不正常，输出信息失真，严重可导致系统瘫痪。抗干扰设计是设备长期稳定运行的保证；随着电子技术的发展、电子设备的普及应用，抗干扰技术的研究显得越来越重要，应用也越来越普及。电子工程师从设备的研制阶段就应使用抗干扰技术，抗干扰技术始终贯穿于设备的设计、制造、安装、使用等各个阶段。 1 抗干扰技术应用 1．1 电源使用方面 有些电源在通断的一瞬间会对小功率电子设备造成损害，对附近的电子设备形成干扰。例如，显示器附近有电源设备时，有时开关电源设备的一瞬问会导致显示器闪一下，如果电源功率较大或靠的太近，而显示器屏蔽效果又达不到要求，显示器就会出现波纹，影响使用。 解决方法是：电源设备加装屏蔽层，采取有效的接地措施，电源线也应带屏蔽层，显示器等易受干扰的设备应尽量远离电源。 1．2 信号传输方面 信号在传输过程中由于线缆过长、过细，绝缘性能不好，没有采取有效的屏蔽、接地措施，信号传输就会受到干扰，特别是正电平信号受干扰影响较大。解决方法有： (1)信号采用负电平传输。 (2)容易相互干扰的信号分开传输。 (3)高频信号单独采用同轴电缆传输。 (4)模拟信号、数字信号分开传输。 (5) (内部可采用一根信号线附近一根地线的接线形式)。 (6)尽量采用带有屏蔽层的电缆，屏蔽层接地。线缆的绝缘性能要好。 (7)正确使用双绞线可起到消除电磁干扰的作用，通常网络线缆都是采用双绞的形式。
控制系统抗干扰分析及解决方法 【摘要】工业控制系统的检测信号一般比较微弱，干扰信号不能有效解决，则会严重影响系统的正常工作。尤其是现在单片机ARM 技术的广泛应用，对信号的要求也越来越高，微弱的干扰都会影响整个系统的稳定性。本文以开发设计、检测调试过程中的实际经验为例，从原理图设计、PCB布线等方面详细讲述了干扰信号的产生及消除方法，是理论与实际的经验总结。 【关键词】抗干扰；信号；毛刺 1 概述 工业控制系统的任务是根据现场的测量信号，经分析比较后控制继电器完成预定操作。但现场测量信号往往比较微弱，比如负荷电流、零序电流、电压等，由于干扰信号的存在，当干扰信号强度较大时，有用的测量信号淹没在杂乱的干扰信号中，系统无法得到正确的测量结果，严重影响系统的正常工作，甚至造成误判或误动。本文以馈电开关保护器研发过程中发现的电磁干扰及处理方法加以叙述，供同行们借鉴参考。 2 干扰的形成及处理 该馈电开关采用外部开关电源供电，本身噪声及纹波较大，若直接送给保护器系统，将形成较大的干扰源，解决方法是利用磁珠与电容组成L型滤波电路，磁珠的电感量不易大，以直插（3.5*6mm）或六孔磁珠为宜，电容选用470uF/50V 电解电容。磁珠可以减缓因电流突变产生的干扰，而电容则可以减缓因电压突变产生的干扰。 （1）模拟地与数字地要物理分开，从器件布局、PCB走线、铺地都要隔离，然后通过一磁珠或0Ω电阻连接。磁珠选用直插的，电阻的功率要大，1W为宜，若表贴器件选择1812封装。 （2）每个数字器件的VCC附近布置一个0.01uF陶瓷电容，用于减小高低电平变化时产生的突变干扰，俗称“去耦”。 （3）模拟信号在放大器处理过程中每步增加一个0.01uF陶瓷电容，该电容对高频信号敏感，可有效的将高频干扰信号滤除，而对工频待测信号则不敏感，允许传感器信号正常通过。 （4）开关量采用光耦隔离，开关量输入的隔离光耦采用TLP181或TLP121，该光耦的导通压降0.3mm。2）布线不拐90°弯。3）尽量少过孔，过孔的焊盘外径为孔径的一倍关系，如0.7/0.35mm。4）地线不走线，以铺地连接。交流电源不得进入铺地范围，铺地采用网格形式。5）器件布局规则：继电器、电源远离CPU、模拟量采样电路。6）晶振器件下面不得走线。
单片机控制系统的抗干扰设计 摘要：单片机相关控制的灵敏度和系统所受的干扰具有一定的正相关关系，对 单片机的控制系统而言，具有较高的灵敏度才能确保系统运行正常，但灵敏度越高，系统受到的干扰就越强，设计单片机控制系统时需要重视其抗干扰能力，确 保系统能够稳定运行。 关键词：单片机；控制系统；抗干扰设计 引言 单片机控制系统是集通信技术、计算机技术以及自动化控制技术于一体的工 业通用自动控制系统，其不但操作便捷、扩展性能好，而且还具有较强的控制功能，目前已在我国电力、化工、交通以及冶金等行业得到广泛的应用。但由于工 业作业环境较为恶劣，使得单片机容易被电源波形畸变、电磁设备启停等影响而 受到干扰，使得信号接收能力大大下降，进而对测量的质量与效率造成了影响， 严重的还会对单片机的软件、硬件造成损坏，使其难以正常运作。所以，加强单 片机控制系统的抗干扰设计，正确掌握其干扰源，并采取针对性的改进措施来提 高其抗干扰能力，对单片机控制系统功能的正常发挥有着重要的作用。 1系统干扰源及干扰因素 1.1现场干扰源 电磁干扰一般分为两类，即传导和辐射。传导类型的干扰主要是通过金属、 电感、电容以及变压器传播的；而辐射类型干扰的传播途径很多，比如设备外壳 和外壳上的缝隙，设备间的连接电缆，甚至是一根导线也可以成为辐射类型干扰 的传统途径。这两种干扰往往是相辅相成的，并且在干扰吸收上可以相互转化。 在测控系统中，电磁干扰主要通过“场”进入，即电磁干扰源的能量通过电磁场传 递给测控系统。电场主要是电容性耦合干扰，在导线和电路分布的电容中，干扰 信号进入测控系统。而磁场干扰是互感性耦合干扰，借助导线和电路的互感耦合，干扰信号进入测控系统。 1.2单片机控制系统自身干扰源 单片机控制系统自身干扰源主要包括了散粒噪声、热噪声、常模噪声、共模 噪声以及接触噪声等几方面内容。散粒噪声是由于晶体管基区内的载流子发生随 即扩散，与电子空穴发生复合反应而形成的，其主要存在于半导体原件内部；热 噪声是指在没有连接电源的情况下，仍然有微弱电压存在于电阻两端，电阻两端 出现电子热运动而形成的噪音电压；常模噪声即线间感应噪声或对称噪声，往往 难以将其完全消除；共模噪声恰好与常模噪声相反，其指的是地感应噪声、不对 称噪声或是纵向噪声，该类噪声可以进行消除，但也可由共模噪声转变为常模噪声；接触噪声通常是由于两种材料进行不完全接触，使得电导率出现变化而产生的，常出现在导体连接部位。 2单片机硬件抗干扰设计 2.1电源电路的设计 在单片机控制系统中，将模拟电路电源和逻辑电路电源分离，不仅有利于去 除电源耦合逻辑电路产生的干扰，还可以抑制通过电源耦合对ECU干扰。那么单 片机控制系统电源电路设计过程中，可以采用7812和7805三端稳压集成芯片， 对电源进行负压差保护，避免因其中一个稳压电源故障导致整个电路崩溃。为改 善电源波形，可以采用低通滤波器，从而减少以高次谐波为主的干扰源，从而确
抗干扰措施的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下： （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。 （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。 （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。 2、切断干扰传播路径的常用措施 （1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。 （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。 （3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 （7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。
4.5抗干扰设计 在理想情况下，一个系统的性能仅有该系统的结构及应用元器件的性能指标来决定，但是测控系统在使用过程中，由于内部或外部干扰的影响，在被测信号电压或电流上会叠加干扰信号，通常把这种干扰信号称为噪声。 在检测系统中，噪声对被测信号存在着严重影响，当被测信号微弱时，就会被干扰信号淹没掉，导致数据采集误差；在控制系统中，噪声干扰可能会导致误操作。因此，在分析和设计测控系统时，必须考虑到可能存在的干扰对系统的影响，从硬件和软件上采取相应的措施消除和抑制系统中的噪声，增强系统的抗干扰能力。 所有噪声干扰的形成必须具有三个要素：噪声源、对噪声敏感的接收电路以及噪声源到接收电路间的耦合通道。因此，抑制噪声干扰的方法相应地有三个：抑制噪声源的强度、使接收电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收电路间的耦合通道。多数情况下，须在这三个方面同时采取措施。本自由摆平衡控制系统包括硬件设计和软件设计，所以抗干扰也从软、硬件两方面考虑。 4.5.1硬件抗干扰 1、抑制干扰源 干扰源是指产生干扰的元件、设备或信号，交流电源的干扰是电路系统的干扰源之一。电源干扰是指电源过压、欠压、浪涌以及产生的尖峰等电压噪声，通过电源内阻耦合到电路中。本次设计使用了交流稳压器，保证电源电压的稳定性，同时使用低通滤波滤掉高次谐波，改善电源波形。电路板上的每个IC的电源与地端都并接一个作为本集成电路的蓄能电容，提供和吸收集成电路开关瞬间的充放电能；另一方面旁路滤掉该器件的高频噪声。 2、切断干扰的耦合通道 信号通道，无论是传输导线还是模拟或数字输出通道，都是干扰串入的通道。本次设计中，处理器发出的脉冲信号与电机驱动电路之间采用了光电耦合器进行隔离，从而有效地抑制尖峰脉冲及其他噪声干扰。传感器的输入端也采用了运算放大器跟随输出，并设置了滤波电路，抑制输入端。这样ARM核心处理器系统与外界完全隔离开来，极大的提高了控制器的抗干扰能力，增加了系统的可靠性。 4.5.2 软件抗干扰 硬件抗干扰措施的目的是尽可能切断干扰进入测控系统通道，因此是十分必要的。但是当干扰严重时，有可能使运行程序发生混乱导致程序跑飞或进入死循环，这时需要进一步借助软件措施去克服某些干扰。软件抗干扰技术是当系统受干扰后是系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法，具有设计灵活、节省硬件自愿等优点。 在测控系统软件中，采用了一下抗干扰方法： 1、指令冗余 程序跑飞之后，往往将一些操作数作为指令码执行，从而引起整个程序的混乱，所谓“指令冗余”，就是在一些关键的地方插入一些单字节的空操作数作为指令代码执行的错误，而是在连续执行几个空操作后，继续执行后面的程序，是程序恢复正常运行。通常只在一些对程序的流向其关键作用的指令前面插入两条NOP指令，指令冗余使用过多会降低程序执行效果。 2、利用Watchdog（看门狗）使CPU复位 当程序跑飞到一个临时构成的死循环中时，只能依靠看门狗解决。看门狗电路所起的作用是一旦CPU运行出现故障，就强制对CPU进行硬件复位，使整个系统重新处于可控状态，CPU复位是程序跑飞后使其恢复正常运行的最简单有效的方法。
抗干扰设计原则 1.电源线的设计 （1）选择合适的电源 （2）尽量加宽电源线 （3）保证电源线、底线走向和数据传输方向一致 （4）使用抗干扰元器件 （5）电源入口添加去耦电容（10~100uf） 2.地线的设计 （1）模拟地和数字地分开 （2）尽量采用单点接地 （3）尽量加宽地线 （4）将敏感电路连接到稳定的接地参考源 （5）对pcb板进行分区设计，把高带宽的噪声电路与低频电路分开 （6）尽量减少接地环路（所有器件接地后回电源地形成的通路叫“地线环路”）的面积 3.元器件的配置 （1）不要有过长的平行信号线 （2）保证pcb的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端尽量靠近，同时远离其他低频器件 （3）元器件应围绕核心器件进行配置，尽量减少引线长度 （4）对pcb板进行分区布局 （5）考虑pcb板在机箱中的位置和方向 （6）缩短高频元器件之间的引线 4.去耦电容的配置 （1）每10个集成电路要增加一片充放电电容（10uf） （2）引线式电容用于低频，贴片式电容用于高频 （3）每个集成芯片要布置一个0.1uf的陶瓷电容 （4）对抗噪声能力弱，关断时电源变化大的器件要加高频去耦电容 （5）电容之间不要共用过孔 （6）去耦电容引线不能太长 5.降低噪声和电磁干扰原则 （1）尽量采用45°折线而不是90°折线（尽量减少高频信号对外的发射与耦合） （2）用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率 （3）石英晶振外壳要接地 （4）闲置不用的们电路不要悬空 （5）时钟垂直于IO线时干扰小 （6）尽量让时钟周围电动势趋于零 （7） IO驱动电路尽量靠近pcb的边缘 （8）任何信号不要形成回路 （9）对高频板，电容的分布电感不能忽略，电感的分布电容也不能忽略 （10）通常功率线、交流线尽量在和信号线不同的板子上
电子系统的抗干扰分析与设计 摘要：抗干扰对数字电路非常重要，也是决定其工作性能的关 键因素。该文描述了数字电子系统中不易解决的电源噪声干扰和传导干扰问题，并介绍了几种硬件跟软件解决该类问题的途径和方法。 一.引言 几乎每一个电气工程技术人员都希望他所设计的设备工作可靠，不会被其它设备干扰，也不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电磁干扰几乎无处不在，所以，我们设计的产品往往达不到这些目标，无法完全杜绝这方面的干扰。如果不能有效地解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，这样一来既浪费了我们投资项目的所有时问、资金和努力，又可能使产品性能大打折扣。因此在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。 二. 抗干扰设计 大多数情况下在工作的开始就必须将干扰措施设计成产品。 2.1 抗干扰设计包含四个基本步骤的过程： (1)了解干扰的类型和来源 干扰源：是指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述：du ／dt，di／dt大的地方就是干扰源。如：继电器、雷电、电机、可控硅、高频时钟等都可能。 典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 干扰一般有电源噪声干扰、空间干扰(即场干扰)和传导干扰。空间干扰都通过电磁波辐射窜人系统；传导干扰则通过与系统相连接的导线，如，以与前向通道和后向通道等进人系统；电源噪声干扰有过压、欠压、浪涌电压、尖峰电压等。 (2)在设计电路时尽量消除或减小这些干扰对系统的影响；
(3)设计线路板、导线的结构尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件； (4)将系统分成模块调试，保证每个子系统组装正确无误、工作正常，在进行进一步组装前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，经常提前完成任务，成本也较低。 2.2 抗干扰设计的几个基本原则： (1)抑制干扰源 (2) 切断干扰传播路径 (3)提高敏感器件的抗干扰性能 2.2.1 抑制干扰源 就是尽可能的减小干扰源的du／dt，di／dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du／dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di／dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 常用的抑制干扰源的措施有： ①继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。 （图1）仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 图1 消除线圈反电势干扰 ②在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电阻一般选 几K到几十K，电容选0.01μF～0.1μF)，减小电火花影响。（图2） 图2 减小继电器火花
109 1 北斗卫星导航系统抗干扰技术概述 1.1 北斗卫星导航系统的概述 北斗卫星导航系统是一项高效的定位、导航技术,目前已被应用于我国的很多城市中。然而,由于我国领土面积广阔,不同省市地区的地形地貌等方面存在一定的差异,而卫星导航会在一定程度上受到环境条件、电磁波变化等因素的影响,因此在北斗卫星导航系统运行过程中,很容易受到干扰影响。相关技术人员应不断加强对导航系统抗干扰技术的研究,确保该系统能够正常稳定地运行下去,为使用者提供更加安全的定位导航服务。 1.2 北斗卫星导航系统受到的干扰类型 目前来看,北斗卫星导航系统所受到的干扰类型可以大致分为两种类型:(1)欺骗型的干扰方式,即通过对非正式基站进行操作,向北斗卫星导航系统发送一系列错误的信号,从而导致导航终端的定位信息发生错误。(2)压制型的干扰方式,即通过操作干扰能力较强的干扰机,发出具有一定的干扰性信号来对导航终端进行干扰,从而导致卫星导航系统无法对正确信号进行科学的处理,进而对接收设备的功能受到极大的破坏。 1.3 北斗卫星导航系统抗干扰技术类型 当前国内外已存在的卫星导航抗干扰技术类型主要包括几种[1]:(1)空域滤波抗干扰技术,该技术通过对大量阵元进行排列,从而将正确信号与错误信号有效进行分隔,进而将干扰程度降到最低。(2)时域滤波抗干扰技术。该技术通过对数字信号进行科学的处理,从而对分贝较大的干扰信号产生较强的削弱效果,该技术能够对单频、窄带等类型的干扰信号产生很好的抑制效果,但与此同时,该技术也会对原本的信号产生一定的影响,从而对信号的接收产生较大的不良影响。(3)空时自适应滤波抗干扰技术。该技术的原理就是在二维空间内对干扰信号进行抑制和处理,很好地弥补了空域滤波抗干扰技术中所存在的缺陷。 2 北斗卫星导航系统抗干扰技术当前应用状况 2.1 滤波技术的应用情况 滤波技术分为以阵列天线为基础的空域滤波抗干扰技术及空时二维滤波抗干扰技术,以及以单天线为基础的频域滤波抗干扰技术和时域滤波抗干扰技术。在应用过程中,滤波技术当前所存在的优缺点如下: (1)空域滤波技术的应用。该技术通过处理器与天线阵之间的连接,来实现降低干扰信号的功能,然而该技术存在的缺陷为其自身 移项机的精准度有限,因此会对最终所测得的相位结果产生一定的影响。此外,该技术所能处理的干扰信号数量有限,在高强度的工作环境下,其自身的性能损耗相对来说比较明显。(2)空时二维滤波技术的应用。该技术相对于空域滤波技术来说做出了一定的调整,即在各阵源内加设一定量的延迟抽头。这样一来,能够使整个天线阵的自由度得到明显的增强,进而有效提高系统的抗干扰能力。(3)频域滤波技术的应用。该技术是利用傅立叶变换来对信号进行处理,相较于其他抗干扰技术来说,此类技术的处理过程更加简便,所能提供的零态深度及处理范围也更加广泛。然而频域滤波技术对带宽不同的干扰信号来说,其抑制效果往往也不同,对于窄带的抑制能力明显要强于对宽带的抑制。(4)时域滤波技术的应用。该技术是通过对数字信号进行接收和处理,从而完成对三十分贝以上窄带干扰信号的抑制。该技术往往可以同时对大量的窄带信号进行处理,但是在对宽带信号的处理方面明显不具有优势。 2.2 波束形成技术的应用情况 波束形成技术是通过对阵列天线进行利用,以提高正确信号在传播过程能够受到增益的效果,进而对其他干扰信号起到很好的抑制作用。相较于滤波抗干扰技术的应用,波束形成技术具有更强大的性能,能够明显降低滤波技术应用过程中所出现的误差,从而做到更加精准地导航。除此之外,波束形技术还能减小设备自身的受损程度,确保卫星导航系统能够具有更加强大的抗干扰能力。 3 北斗卫星导航系统抗干扰技术的实现 3.1 波束形成抗干扰技术的实现 干扰信号及卫星信号混合而成的信号在经过微波电路中以后,会共同经过一系列的数字变换,最后通过波束形成技术使得干扰信号被分离出来。与此同时,系统通过对相关数据进行处理能够获取相应的控制权值,进而对多重数据信息进行分析组合,确保正确的卫星信号能够得到明显的加强,并同时在干扰信号的方向产生较大的抑制效果。最后,系统通过对混合信号再次进行变换,从而输出相应的中频信号。波束形成抗干扰技术能够同时对大量的卫星信号进行控制,在其应用过程中,技术人员需要对相关的动态放大器进行设计,并选择能够对增益进行自动控制的技术,从而确保微波射频通路能够持续呈现饱和的状态,进而能够对信干噪比进行优化[2]。 3.2 滤波抗干扰技术的实现 滤波抗干扰技术需要通过频域窄带及空时自适应宽带干扰抑制技术的应用来实现,其中频域窄带干扰技术能够对变化较快的干 收稿日期:2019-07-06 作者简介:张高巍(1978—),男,宁夏隆德人,硕士研究生,毕业于北京理工大学,工程师,研究方向:卫星导航定位和惯性导航定位系统的测量。 北斗卫星导航系统抗干扰技术研究与实现 张高巍 (中国人民解放军92785部队,河北秦皇岛 066000) 摘要:本文探讨了北斗卫星导航系统抗干扰技术概述,分析了北斗卫星导航系统抗干扰技术当前应用状况,研究了北斗卫星导航系统 抗干扰技术的实现。 关键词:北斗卫星；导航系统；抗干扰技术中图分类号:TN967.1文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2019)08-0109-02 应用研究 DOI:10.19695/https://www.doczj.com/doc/2d8214325.html,12-1369.2019.08.59