串模干扰共模干扰概念以及抑制方法

共模干扰的抑制方法
共模干扰是一种由信号来源共同影响接收信号的外部现象，通常会导致接收信号的质量受到影响。

抑制共模干扰的常用方法有：（1）结构化设计：把信号传输线分割成几个不同的封装中，整体结构上彼此不同，不同包裹中传输信号不会相互干扰。

（2）空间差分原则：信号把固定时间集中处理成多声道信号，多声道信号不会进行完全相同的处理，信号时空均可以有效的被解决。

（3）频率差分：尽可能的设计出差距较大的两个信号，以达到完全不会影响在低频信号上，而高频信号会被低频信号滤波抑制。

（4）采用滤波器：通过不断调节滤波器，从而对不同频段进行隔离，抑制相应频段的共模干扰。

稳定性。

原理：模拟量开关AS闭合时，进入采样状态（跟踪），由于A1输出阻抗小，A1输出端给电容快速充电，输出跟随输入变化；模拟开关AS断开时，进入保持状态，由于A2输入阻抗大，输入电流几乎为0，保持输出端的电压值不变。

不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。

补充：模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？答：模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。

(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。

(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。

(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。

采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

答：采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。

保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

补充：A/D转换器的结束信号有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D 转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？答：A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。

介绍串模干扰和共模干扰的概念，分析串模干扰和共模干扰形成原因，提供克服和消除串模干扰及共模干扰的具体方法。

1、什么是串模干扰？串模干扰是指由于种种原因，在仪表输人端之间出现的干扰。

也就是叠加于被测信号上的交流干扰电压。

这种干扰又称为“横向干扰”和“端间干扰”。

测量串模干扰电压，以往推荐用电子管电压表，在现场可使用有交流毫伏挡的数字万用表进行测量。

如上图所示，把电压表跨接在仪表输人的正、负端之间测量，通常串模干扰电压大多在几毫伏到几十毫伏范围内。

2、什么是共模干扰？共模干扰是指干扰电压出现在仪表任一输人端（正端或负端）对地之间的交流信号，这种干扰又称为“对地干扰”和“纵向干扰”。

测量共模干扰电压，可以用高阻电压表测量，也可使用数字万用表的交流电压挡进行测量。

如上图所示，先把电压表接在仪表输人的正端与地之间测量，然后再把电压表接在仪表输人的负端与地之间测量，通常共模干扰电压大多在几伏到几十伏范围之内。

3、串模干扰和共模干扰的来源及克服串模干扰和共模干扰的措施在现场要克服和消除串模干扰及共模干扰，首先要搞清楚干扰的来源，才有可能采取措施来克服干扰。

串模干扰的来源：大功率变压器、交流电动机、变频器等都有较强的交变磁场，如果仪表测量及控制的连接导线通过交变磁场，就会受到这些交变磁场的作用，在仪表的输入回路中感应出交流电压，而成为干扰信号。

在现场为了克服串模干扰对仪表、控制系统的影响，可采取以下措施，如热电偶、分析仪表的信号线要运离强电磁场，不要离动力线太近；不要把仪表信号线、控制信号线与动力线平行放在同一个桥架托盘内，或穿在同一根穿线管内必要时信号线应使用屏蔽电线或屏蔽电缆，线的屏蔽层要采取一端接地的方式；在仪表输入端加滤波电路；对于智能仪表要根据现场情况设置数字滤波常数必要时再增加滤波电路的级数。

共模干扰的来源：高压电场的干扰；测量电炉温度时引入的干扰，如在高温下，电加炉的电源通过耐火砖、热电偶的瓷保护套管泄漏到热电偶上，使热电偶与地之间产生干扰电压；由于地电位不同而引入的干扰；还有氨合成塔用电加热器升温时也会对热电偶造成干扰。

共模干扰与差模干扰共模干扰（Common-mode）：两导线上的干扰电流振幅相等，而方向相同者称为共模干扰。

共模电流一般情况下，电缆上产生共模电流的原因有三个方面: 一个是外界电磁场在电缆中所有导线上感应出来的电压（这个电压相对于大地是等幅同相的），这个电压产生电流；另一个原因是电缆两端的设备所接的地电位不同，在这个地电位的驱动下产生电流; 第三个原因是设备上的电缆与大地之间的电位差，这样电缆上会有共模电流。

如果设备在其电缆上产生共模电流，电缆会产生强烈的电磁辐射，对电子、电气产品元器件产生电磁干扰，影响产品的性能指标。

另外，当电路不平衡时，共模电流会转变为差模电流，差模电流对电路直接产生干扰影响。

对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模电流流过电路中的导线环路时，将引起差模辐射，这种环路相当于小环天线，能向空间辐射磁场，或接收磁场。

因此，必须限制环路的大小和面积。

如何识别共模干扰1）从干扰源判断：雷电、附近发生的电弧、附近的电台或其它大功率辐射装置在电缆上产生的干扰是共模干扰。

2）从频率上判断：共模干扰主要集中在1MHz以上。

这是由于共模干扰是通过空间感应到电缆上的，这种感应只有在较高频率时才容易发生。

但有一种例外，当电缆从很强的磁场辐射源（例如，开关电源）旁边通过时，也会感应上频率较低的共模干扰。

3）用仪器测量：只要有一台频谱分析仪和一只电流卡钳就可以进行测量、判断了，判断的步骤如下：将卡钳卡在信号线或地线（火线或零线）上，记录下某个感兴趣频率（f1）的干扰强度；/将卡钳同时卡住信号线和地线，若能观察到（f1）处的干扰，则（f1）干扰中包含共模干扰成份，要判断是否仅含共模成份，进行步骤三的判别；将卡钳分别卡住信号线和地线，若两根线上测得的（f1）干扰的幅度相同，则（f1）干扰中仅含共模成份；若不相同，则（f1）干扰中还包含差模成份。

消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁等易产生干扰的设备共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV) （6）使用差分式电路差模干扰（Differential-mode）：两导线上的干扰电流，振幅相等，方向相反称为差模干扰。

一.什么是差模信号和共模信号差模信号：大小相等，方向相反的交流信号;双端输入时，两个信号的相位相差180度。

共模信号：大小相等。

方向相同。

双端输入时，两个信号相同。

在差分放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号，(这指有效信号)放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。

如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号，(这实际是上一级由于温度变化(温漂)而产生的信号，是一种有害的东西)，为了形象化温漂而提出了共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。

由于差分放大电路的构成特点，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，所以共模放大倍数很小(一般都小于1)。

计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有四个共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。

二.什么是差模干扰和共模干扰任何两根电源线或通信线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示。

1.差模干扰差模干扰：差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰，它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。

各个信号间产生的相互干扰，一般使用电感电容就能过滤掉，就是我们经常使用的104,或者磁珠。

差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

差模干扰的电流大小相等，方向(相位)相反。

由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。

2.共模干扰共模干扰：共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;所有输出的波形都具有此属性，这个需要使用共模电感过滤。

在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

共模干扰一般来自电源。

共模干扰产生原因1. 电网串入共模干扰电压。

2. 辐射干扰(如雷电，设备电弧，附近电台，大功率辐射源)在信号线上感应出共模干扰，原因是交变的磁场产生交变的电流，地线-零线回路面积与地线-火线回路面积不相同，两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。

be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。

接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。

过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。

2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。

答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。

请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。

输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。

串模干扰：series mode interference串模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到仪表上的。

串模干扰通常来自于高压输电线、与信号线平行铺设的电源线及大电流控制线所产生的空间电磁场。

由传感感器来的信号线有时长达一二百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作用加上如此之长的信号线上的感应电压数值是相当可观的。

例如一路电线与信号线平行敷设时，信号线上的电磁感应电压和静电感应电压分别都可达到毫伏级，然而来自传感的有效信号电压的动态范围通常仅有几十毫伏，甚至更小。

除了信号线引入的串模干扰外，信号源本身固有的漂移，纹波和噪声，以及电源变压器不良屏蔽或稳压滤波效果不良等也会引入串模干扰。

串模干扰也称作差模干扰，是指由两条信号线本身作为回路时，由于外界干扰源或设备内部本身耦合而产生干扰信号。

在差分放大器中，放大器不能区分串模干扰和信号，会一并加以放大。

因此，差模干扰是差分放大电路最难克服的问题之一。

克服串模干扰最常用和有效的方法是用双绞线传输信号，并且双绞线的绞距越小、线距越近则抑制串模干扰的能力越强。

局域网中广泛使用的五类线就是如此。

但在某些不能使用双绞线的情况下（例如AV、CATV的同轴电缆），则只能通过加强线本身的屏蔽、合理布线解决。

共模干扰中文名称：共模干扰英文名称：common-mode interference定义：两个信号线之间或者一个信号线和地线之间的干扰。

由陈伟华主编的《电磁兼容实用手册》中对“共模”干扰的定义是指电源线对大地，或中线对大地之间的电位差。

对于三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间。

共模干扰有时也称为纵模干扰，不对称干扰或接地干扰，这是载流导体与大地之间的电位差。

它与差模的区别是差模干扰存在于电源相线与中线之间。

共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。

共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。

消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线。

模拟量共串模抑制共串模介绍电路中的无用信号可以统称为噪声，根据噪声对电路作用的形态可以分为共模干扰和串模干扰两种类型。

共模干扰是叠加在信号对地上的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。

共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。

差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

来源及影响噪声来源有两个方面，一个为电路内部噪声，包括以下几种：1.热噪声：电阻等由于热能作用时电子骚动所产生的噪声，几乎覆盖整个频谱。

2.颤噪噪声（话筒效应噪声）：当设备中的电路和元器件收到机械振动式，电路参数发生变化，产生噪声电压。

3.散粒噪声：如电子管阴极所发射的电子，每个都是彼此独立的，在各个短暂的瞬间，都是不连续不规则的，这种不规则性引起的电特性变化，就成为一种频谱范围很宽的噪声。

4.闪变噪声：电子管阴极物质的电子释放条件因时间而不同，从而引起电特性的变化，形成闪变效应的噪声5.交流声：由于直流电源的整流滤波性能不好，或因布线等使电路耦合了变压器等的泄漏磁通，产生和电网频率相同或倍频的交流成分。

6.热电势噪声：异种金属相接触，有温度差时，会产生电势，成为热电势噪声。

7.接触噪声：材料接触处接触不良使该处电导率起伏变化而引起的噪声，常见于假焊、导线连接不牢靠、开关接点接触不良等。

8.尖峰或振铃噪声：电路中电流的突变，在电感负载上引起的尖峰反冲电压波或衰减震荡波而引起的噪声。

9.自激震荡：典型的内部噪声，由于在具有放大功能的电路中，输出一部分通过耦合以正反馈方式加到输入端。

10.反射噪声：前后级电路不匹配，使长线传输的信号在接点处引起反射，产生相移，成为一种叠加在信号上的噪声。

11.分配噪声：晶体管发射极区注入到基极区的少数载流子中，一部分经过基极区到达集电极形成集电极电流，一部分在基极区中符合，由于载流子复合式数量时多时少，导致集电极电流也随着起伏12.1/f噪声或闪烁噪声：晶体管、场效应管等期间在低频段所产生的一种噪声，其噪声功率与频率成反比增大，与半导体材料制作室清洁处理有关。