2489.微机监控系统中模拟信号通道的抗干扰的研究.doc

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1、编号：（ ）字 号本科生毕业设计 微机监控系统中模拟信号通道的抗干扰的研究 电气工程及其自动化05级1班题目： 姓名： 学号： 班级： 二九年六月XXX 大 学本科生毕业设计姓 名：XXX 学 号： XXX学 院：应用技术学院 专 业：电气工程及其自动化 设计题目： 微机监控系统中模拟信号通道的抗干扰的研究 指导教师： XXX 职 称： 教授 2009 年 6 月 XXXXXX大学毕业设计任务书学院 应用技术学院专业年级 电气05-1学生姓名 XXX 任务下达日期：2009 年 3 月 8日毕业设计日期：2009年 3 月 8日 至 2009 年 6月 10 日毕业设计题目：微机监控系统中模拟

2、信号通道的抗干扰的研究毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求：1. 了解分析监控系统干扰来源；2. 了解模拟信号通道抗干扰方法；3. 分析比较不同电路的误差及其原因；4. 采用线性隔离电路实现通道隔离设计；5. 分析设计的隔离电路误差并设计软件补偿使误差小于0.5%；6. 编写毕业设计说明书；7. 翻译近5年内与设计相关的英文文献一篇，字数不少于3000字。院长签字： 指导教师签字：XXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩

3、等）：成 绩： 指导教师签字 年 月 日XXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日XXX大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘要讨论了模拟量线性光电隔离的一种新设计方法,此方法通过常用的光耦

4、隔离元件与简单的电路就能达到精度较高的模拟量光电隔离。传统的模拟量光电隔离电路虽然能实现高精度,但都必须采用特殊的光耦隔离元件与多组互相隔离的电源,此方法则克服了这些缺陷,只需采用普通光耦产品,用到1组电源,一样能实现较高精度的模拟信号光电隔离,从而降低成本。 普通的模拟量隔离方法很难实现高精度的信号采集。介绍一种新颖的模拟信号采集及隔离方法,该方法采用普通光耦(4N30)和软件程序补偿的方式来消除光耦非线性,实现了精度较高的模拟信号采集及处理。该方法已成功应用于嵌入式计算机控制系统的模拟信号采集电路中。光电耦合隔离放大器具有很高的线性度.当运算放大器电压增益足够高时，光隔离放大器的线性度依赖

5、于二个光敏二极管的性能匹配、温度梯度，以及投射到它们上面的光强匹配.发光二极管的非线性特性及不稳定性并不影响光隔离放大器的线性度.关键词：线性度；光电耦合器；隔离放大器 ；模拟量；光电隔离；软件补偿ABSTRACTA new circuit of optocoupler is introduced that can accurately translate analog signal isolated side to side by simple architecture and general purpose optocoupler. Although the classic circuit

6、 of optocoupler can translate analog signal with high accuracy, but special optocoupler and several isolated power supplies must be needed. The new method only need general optocoupler and a single power supply, but can accurately translate analog signal isolated, so the costs of design can be decre

7、ased if the new circuit to be used. The normal simulation insulationmethod is difficult to collect the high accuracy signals. The paper introduced a new simulated signal collection and the insulationmethod. Themethod can apply the normal optical coupling (4N30) and the software compensation method t

8、o eliminate the non-linear of the optical coupling. The method can collect and handle the high accuracy simulated signals. The method has been successfully applied to the simulated signal collected circuit of the control system for the inserted computer.Optically coupled isolation amplifier is of ve

9、ry good linearity. If the gain of operational amplifier is large enough，the linearity of optically coupled isolation amplifier depends on the match of the photodiodes，the match of the light transmission paths，and the tracking of these matches over temperature.Most detrimental characteristics of the

10、LED such as nonlinearaity ，poor long term stability disappear.KeyWords：linearity；optical couplin； isolation amplifier；analog signal； optical-electrical isolation；software compensationg目 录1 绪 论11.1电子设备防干扰的意义和特点11.1.1电子设备防干扰的重要性11.1.2电子设备防干扰的学科特点32 电磁干扰源52.1电磁干扰源的分类52.1.1按存在区域分类52.1.2按频率范围分类62.1.3按产生原

11、因分类62.1.4按传输状态分类82.2自然电磁干扰源82.2.1宇宙噪声82.2.2大气噪声92.3 人为电子干扰源102.3.1无线电发射设备102.3.2工科学和医用射频设备102.3.3家用电器、电动工具和照明器具112.4系统干扰源分析举例112.4.1系统内干扰源112.4.2 系统外干扰源123 信号通道抗干扰的方法133.1 抗干扰方法133.1.1抑制干扰源133.1.2切断电磁干扰耦合途径133.1.3降低电磁敏感装置的敏感度153.2 防止单片机系统过程通道中的抗干扰153.2.1过程通道的抗干扰设计163.2.2数字量通道的抗干扰设计163.2.3模拟通道的抗干扰设计1

12、83.3 监控系统干扰及抗干扰203.3.1干扰源203.3.2干扰的危害213.3.3常见干扰及处理办法214 不同电路的分析234.1电路分析234.1.1光耦的特性及工作原理234.1.2数字量1/0光耦隔离技术244.1.3模拟信号光耦隔离方法及应用分析284.2 实用线性光电隔离放大电路误差分析314.2.1光电耦合器的工作原理和电路参数设计314.2.2 线性光电耦合放大电路334.2.3 仿真分析364.2.4 实测数据365 线性隔离电路的设计385.1.1实用线性隔离放大器385.1.2光电隔离高压驱动电路396 隔离电路误差设计软件补偿416.1带非线性补偿的模拟量隔离电路

13、设计416.1.1传输中的非线性失真及补偿原理426.1.2 模拟信号隔离的方法及其优缺点分析426.1.3采用软件补偿的光电隔离方法446.2 一种高精度光电隔离方法的设计476.2.1 HCNR201的工作原理486.2.2应用电路的实现496.2.3线性补偿实现50总结53参考文献54翻译部分56致 谢711 绪 论在人类诞生之前，地球就存在这电磁现象，只是从麦克斯韦建立电磁理论，赫兹发现电磁波的一百年来，电磁能才得到充分的利用。随着电子技术的迅速发展，现代电子设备已广泛的应用于人类生活的各个领域。例如，电子设备在广播，电视，通信，导航，雷达，遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展，给人

14、类创造了巨大的财富，特别是信息，网络技术的爆炸性发展，使世界的对话距离和时间聚然缩短，世界的面貌焕然一新，地球村的梦想已成为现实。并且，这个发展过程任意日新月异的速度持续着。然而，各种电子设备在为人类造福的同时，也大大增加了周围环境中的电磁噪声。这些电磁噪声不但对人类健康造成危害，也对电子设备的正常工作造成严重干扰。如何防止和解决电磁噪声的干扰，既是一个老问题又是一个新问题，比如电子设备的设计，安装配线方法以及周围设施环境问题等，所设计的领域十分广泛。通过对电磁干扰产生的来源进行分析，我们可以发现，在一般情况下，噪声本身是完全没有利用价值的，而且是有害的，但实际情形并不总是如此。随着电子设备端

15、增加，某些系统产生的有用信号对其他系统来说，却是一个干扰源，而且这种现象近年来呈线不断增加的趋势。所谓电磁干扰是指引起电子设备工作失常的各种电磁效应。电磁干扰从甚低频率到微波波段，无孔不入低辐射或传导自运行中的电子设备或系统以及周围的环境。人们常说的射频干扰（Radio Frequency Interference,简称RFI）是指无线电广播范围的干扰。电子设备不可避免地在电磁环境(EME)中工作，因此，必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。防干扰是一门关于抗电磁干扰影响的科学，它主要是研究控制和消除电磁干扰。1.1电子设备防干扰的意义和特点1.1.1电子设备防干扰的重要性1为了电子设备工作

16、的可靠性设备的小型化是干扰源与敏感器件靠得很近。这使传播路径缩短，增加了干扰的机会。器件的小型化增加了他们对干扰的敏感度。由于设备越来越小并且便于携带，像汽车电话、其上计算机等设备随处可用，而不一定局限于办公室那样的受控环境，这也带来了兼容性问题。例如，许多汽车装有防抱死控制系统在类的大量的电子电路，如果汽车电话与这个控制系统不兼容，则会影起误动作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。互联技术的发展降低了电磁干扰的阈值。例如大规模集成电路芯片，较低的供电电压降低了内部噪声门限；精细的几何尺寸在较低的电平下就受到电弧损坏；快速的同步操作产生更尖的电流脉冲，这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题。

17、一般来说，高速数字电路比模拟电路产生更多的干扰。通常，电子线路装在金属和内，这种金属和能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用。现在，为了减轻质量、降低成本，越来越多地采用塑料机箱。塑料机箱对于电磁干扰是透明的，因此敏感器件处于无保护的状态。在竞争日益激烈的工业生产中，可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征。自动化设备，特别是医疗设备，必须连续工作，这是设备内的屏蔽技术提高了设备的可靠性。因此，对电子设备的防干扰技术要给与充分的重视。既要注意电子设备部受周围电磁干扰能正常工作，又要注意电子设备本身不对周围其他产生电磁干扰，影响其他设备正常运行。2为了电子设备的国际接轨当前，电子设备防干扰

18、设计已由事后处理发展到预先分析、预测和设计，成为现代工程设计中的的重要组成部分。电子设备防干扰达标认证已由一个国家范围向全球地区发展，式电磁兼容性与安全性、环境适应性处于同等重要地位。例如，欧共体将电子设备的防干扰要求纳入技术法规，强制执行89/336/EEC指令，规定从1996年1月1日起电气和电子产品必须符合电磁兼容性要求，并加贴CE标志后才能在市场销售。为了与国际接轨，我国外经部和国家出入境检验局与1999年1月起对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和电子产品必须符合电磁兼容性强制检测。国家技术监督局规定从2002年10月起陆续对声音和电视广播设备、信息技术设备、家用电器、电动

19、工具、电源、照明电器、电点火驱动动装置、金融计算电子设备、安防电子产品和低压电器实施电磁兼容性强制性认证。3为了人身和某些特殊材料的安全现在，人们越来越开始注意各种辐射对健康的影响。电磁能量通过对人体组织的物理和化学作用会产生有害的生理效应。过量的X射线和紫外线照射的危险已经被充分证明了。现在讨论的焦点是微波和射频显示单元产生的辐射对妇女健康的伤害，因为已经有充分的证据说明在高压线附近生活会患疾病。电磁波通过与电爆装置的控制电路感应耦合，形成的干扰电流可能引起电爆装置的爆炸。因此GJB786中规定，电引爆器到线上的电磁干扰感因电流和电压必须小于最大不符或电流和电压的15%。另外，为了人身和某些

20、特殊材料的安全，GJB786中还规定，电子设备的电磁辐射量连续波的平均功率密度不允许超过4mW/cm2，脉冲波的平均功率密度不允许超过2mW/cm2 .4为了重要信息的保密数据的保密要求是屏蔽技术发展的一个重要动力。已有报道披露美国驻莫斯科大使馆中的信息曾经被前苏联窃取到，这是通过接收使馆内设备产生的电磁能量来实现的。同样的技术也被用来截获密码，然后攻击银行计算机系统。通过屏蔽，能够减小设备的电磁辐射能量，提高系统的安全性。5为了当今和未来战争的要求核爆炸时产生的电磁脉冲，以光束向外辐射传播，其电场强度可达105V/m，磁场强度可达260A/m.脉冲宽度为20nm量级，电磁脉冲峰值处频率为10

21、5Hz.这种电磁脉冲作用与电子设备时，轻者造成电子设备性能恶化，重者造成电路元器件损坏。特别是在当经和未来战争中，已经运用的电磁脉冲弹和正在研制的高功率微波武器都具有类似核爆炸时产生的电磁脉冲辐射，将对电子设备构成致命威胁。而电子设备防干扰技术可以为对抗这种威胁提供基本技术指导。1.1.2电子设备防干扰的学科特点电子设备防干扰学科是一个新兴的综合性交叉学科。初学者只是对电子设备防干扰学科的特点有清楚的认识采能减少“入门”的障碍，掌握学习的切入点。电子设备防干扰学科主要的特点有以下几个方面。1. 学科体系以电磁场理论为基础分析电磁干扰的干扰特性、预测其对敏感设备的潜在威胁和探索控制干扰的措施都要

22、采用电磁场理论的方法和结论。各种仿真、测量和试验、电磁干扰的数值分析方法在防干扰工程中的广泛应用也离不开电磁场理论的支持。2. 是一门新兴的综合性交叉学科电子设备防干扰学科与很多学科互相交叉、渗透。它不仅直接应用和涉及数学、电磁场理论、电工原理、电子技术、通信理论、材料科学、计算机与控制理论、核物理学、电磁测量、信息分析、自动控制、生物医学、材料及工艺、机械结构等知识，与电力和电子仪器等密切相关。它是在无线电抗干扰的技术基础上，经过扩展、延伸和系统化所形成的一门新兴学科，也是电力、电子和其他相关专业工程师必学掌握的基础知识和技术。3. 计量的单位具有特殊性在电子设备防干扰领域，无论是标准、规范

23、，还是测量、试验方法，广泛采用dB作单位，如采用dBW、dBV、dBA作单位一次表示功率、电压、电流的相对大小。4. 具备极强的实用性电子设备防干扰是一门实用性极强的学科。它起源于解决实际无线电干扰问题，又在处理用电设备或系统的防干扰过程中获得发展。现在生活中，电子设备的数字化、信息处理的高速化、设备构建的小型化和非金属化使电子设备或系统的抗干扰能力不断降低。为什么会产生这样的效应呢？首先，现代数值逻辑和信号处理与基本电的旧技术相比有低的门限电压，抗扰性较差；其次，在最求高处理速度的过程中，实用较短的脉冲上升时间，根据辐射机理这种脉冲具有长距离的传播能力；第三，现代电子设备的外壳设计更多的实用

24、塑料而非金属化，显然，与全技术机箱相比就大大降低了其固有的电磁屏蔽能力；最后，小型化以及由此而引起的密集设计的趋势使各个元件、器件、组件和连接线等的空间布局缩小，所以带来了防干扰问题。5. 强烈依赖测量技术电子设备防干扰学科所面临的研究对象，无论其频域特性还是时域特性都十分复杂。研究对象的频率范围非常宽，使得电路中的集中参数与分数参数同时存在，近场与远场同时存在，传导与辐射同时存在。所以，在观测与判断物理现象或解决实际问题时，试验与测量具有实际意义。在电子设备设计和试制阶段，必须惊醒防干扰测量。这种诊断性测量有助于识别潜在的功能绕问题范围，有助于测试各种补救方法的有效性。产品完成制造后，必须依

25、据防干扰标准进行严格的实验测量，确保设备或系统砸死规定的电磁环境中安全、可靠的运行。2 电磁干扰源当干扰严重时，不仅要对所设计的电子设备进行检查，同时也要对干扰源进行检查。因此，在解决电子设备防干扰问题时，首先应对干扰源进行分析。2.1电磁干扰源的分类2.1.1按存在区域分类1 外部电磁干扰：电子设备的内部及外部都存在着各种电磁干扰，因此可以将电磁干扰源分为外部干扰源和内部干扰源。所谓外部电磁干扰，是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，这些电磁波是通过外壳、天线及各种输入馈线等途径输入设备内部的。其中有些是自然界产生的，如宇宙干扰；有些是人为的，如放电干扰。具体来说，外部干扰包

26、括以下几种：（1）外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子设备或系统。（2）外部大功率设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子设备或系统。（3）空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰。（4）工作环境温度不稳定，引起电子设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰。（5）由工业电网供电不稳定的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。2 内部电磁干扰：所谓内部电磁干扰，是指设备内部电路电源之间、元器件之间及导线之间的电磁干扰。如电子设备内共用电源或地线造成的共阻抗干扰。具体说内部抗干扰包括以下几点：（1）工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰；（2）信号通过地线、电源和传输导线的

27、阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；（3）设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰。（4）大功率和高电压部件产生的磁场、电场耦合通过影响其它部件造成的干扰。在电子设备中，这些电磁干扰都是通过寄生耦合形成的。寄身耦合有电容耦合、电感耦合，这些都是我们不希望有的一种客观存在的干扰。2.1.2按频率范围分类从干扰频率范围来分，可以把干扰分为：1 工频干扰源。50Hz及其谐波，波长为6000km,包括输入配电以及电力牵引系统。2 甚低频干扰源。30kHz以下，波长大于10km。3 截屏干扰源。10kHz300kHz，波长大于1km，包括高压直流输电谐波干扰、交流输电谐

28、波干扰机交流电气铁道的谐波干扰等。4 射频及视频干扰源。300kHz300MHz，波长在1m1000m之间，包括农业、科学和以及射频设备、输电线电晕放电、高压设备和电力牵引系统的火花放电以及内燃机、电动机、家用电器和照明电器等。5微波干扰源。300MHz300GHz，波长在1mm1m之间，包括特高频、超高频、极高频干扰。6 雷电及核电磁脉冲。频谱在01GHz之间。2.1.3按产生原因分类大类别产生干扰原因小类别及说明放电噪声放电长生噪声火花放电：在电路绝缘破坏的过渡状态下放电；连续放电：点晕放电（部分绝缘破坏；辉光放电：弧光放电（全电路绝缘破坏；静电噪声：带静电；的火花放电噪声；雷电：雷云和大

29、地之间放电。电流通过接触部分，有接触电阻变化而引起电压变化静电触噪声：节点接触压力变化，是接触电阻变化而引起的干扰；滑动噪声：滑动过程中接触电阻变化而产生的噪声；振动噪声：机械振动使接触电阻变化而产生的噪声；皮膜破坏噪声：接点表面破坏使电阻变化而产生的噪声。金属的接触面接触不良接点振动：断开的节点，当接触是由接点跳动而产生的噪声；不完全解除噪声：不完全接触，由接触断续而产生的噪声。极化电荷波动电极噪声：医疗电子设备的电极由于涂料激化引起电压变化产生的噪声；金属氧化物整流作用检波输出信号：有金属和氧化物引起的被调制波的检波作用；热电势直流噪声：有不同金属接点的温差而引起的电势。过度现象干扰过度现

30、象所产生的电压和电流而引起的干扰电子开关：硅整流器等产生的噪声;高速数字回路：设备内的电源开关，集成电路的尖峰电流；通电瞬间的冲击电流：白炽灯泡；电力线路过度的异常电压：线路开闭和故障时的异常电压；雷电感应：雷电使电线感生电荷，使放电的自由电荷在电线中形成行波。无用信号的干扰对电路而言，是毫无用处的信号市用电源：电源哼声，感应障碍所引起的波形失真；无线电频率干扰：高频设备，发射机，振荡器等；脉冲信号干扰：数字回路，偏转回路等；无用回路：发射机的高频调制，接收机的局部振荡等。反射干扰由信号本身反射而引起的干扰延迟信号干扰：有空间或传输线反射波引起的干扰；不匹配噪声：由于传输线的阻抗不匹配而引起的

31、噪声。等离子放电等离子区内的离子固有振动核爆炸噪声，太阳噪声等产生。2.1.4按传输状态分类 传输路径大类别说明小类别空间辐射干扰同波长相比，距离大的场合感应干扰由距离电磁场引起。如平行布线、多心电缆串音等静电感应：高阻抗场的静电耦合；电磁感应：低阻抗场的电磁耦合。导线传导干扰在传播中侵入导线的干扰按状态分类差动干扰：往复两导线之所以产生的干扰；同比干扰：导线和大地之间所产生的干扰；按传输线路不同分类电源噪声：有电源回路侵入的噪声；信号输入线：从信号输出线直接侵入；控制线等：从信号输出线间侵入；地线接地回路：接地点相互之间的电位差。干扰源的分类方法很多，除了上述分类方法外，从电磁干扰信号的频谱

32、宽度来分，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。他们是相对于指定感受器带宽大或带宽小来加以区分的。干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的称为宽带干扰源，反之称为窄带干扰源。此外，根据干扰场的性质可分为电场干扰、磁场干扰和电磁场干扰。根据干扰波形可分类为连续波、周期脉冲波和非周期脉冲波等。2.2自然电磁干扰源2.2.1宇宙噪声 宇宙噪声包括太空背景噪声、太阳无线电噪声以及月亮、木星和仙后座A等发射的无线电噪声。太空背景噪声是由电离层和各种射线组成的。太阳无线电噪声则随着太阳的运动，特别是太阳黑子的发生而显著增加，干扰频率从10MHz到几十吉赫。太阳黑子会导致地球表面的磁爆。在磁爆期间，地球不同地点的地电位

33、会出现变化，并且在通信线路中感应电磁噪声。太阳黑子的大量出现还会影响到电离层，从而干扰短波的传播。宇宙干扰在20MHz到500MHz频率范围内影响相当明显，是航天器发生一些随机失效和异常现象，还可能造成通信和遥测中断。2.2.2大气噪声大气噪声主要是由夏季本地雷电和冬季热带地区雷电产生。地球上平均每秒钟发生100次左右的雷击放电，每次雷电都会发生一连串强烈的干扰脉冲，其电磁波借助电离层的传输可传播到很远的地方。例如距雷爆地区数千千米之外，尽管看不到闪电，却有严重的电磁辐射。雷电包括雷鸣和闪电两种现象、雷鸣是由于空气在温度高达180000C左右的闪电渠道中，因突然而强烈的受热和随之而来的急速冷却

34、，是空气因急速膨胀和压缩的震荡而发生的响声，也是水和空气在高电压（火花）作用下分解所产生的强大声响。（1）直击雷。直击雷是大量正负电离子互相中和时的放电现象，当雷云与大地间雷云相互间的电场强度由于游离电荷的逐渐积累而增长到足以使空气绝缘破坏的强度时，产生强烈的放电现象，这是大气放电的表现形式之一。直击雷可以透过云层内部、云块与云块之间、云块与空气、云块与大地的瞬间放电中和形成。当然，以破坏性之大而言，莫过于云块与地上的物体发生放电所造成的毁灭性破坏。无声放电是大气中放电的另外一种形式，由于暴风雨等原因，大气中的电场强度大大地增强，从而引起没有爆炸的无声放电，他实际上是一种间断电晕放电。这种放电

35、现象只对通信有干扰作用，不会损坏通信设备。（2）感应雷。直击雷放电过程中会产生强大的静电感应和磁场感应，最终在附近金属物体或引线中产生瞬间尖峰冲击电流而破坏设备。感应雷主要是透过电阻性或电感性两种方式而耦合到电子设备的电源线、控制信号线或通信线上，最终把设备击坏。闪电往往是一种长达几千米的巨型电气火花，一般放电时伴有雷鸣。闪电分线状闪电、片状闪电、链状闪电和球形闪电4种。（1）线状闪电。（2）片状闪电。（3）链状闪电。（4）球形闪电。2.3 人为电子干扰源一般情况下，人为电磁干扰源比自然界电磁干扰源发射的干扰强度大，对电磁化境的影响更为严重。2.3.1无线电发射设备作为现代文明标志的广播电视、

36、四通八达的通信工具、空中交通管理雷达、远程导航仪器等先进设备，他们的发射机发射很强的电磁波，对于相关的接收设备来说，这些电磁波是传送信息的重要载体，但是对于其他电子仪器和设备来说却是无用而有害的干扰源。这些发射设备为了保证具有较远的信息传达距离，往往输出较强的发射功率，有的已达到10MW以上，短波广播的输出功率为数百千瓦，一频道到十二频道的电视台输出功率为10kW左右，而十三频道以上的发射功率则为30kW。这些大功率发射设备的载波均经过合法指配，一般不会形成干扰源。但是，一台发射机除了发射工作频带内的基波信号外，还伴随有谐波信号发射和非谐波信号发射，他们将对有限的频谱资源产生污染。2.3.2工

37、科学和医用射频设备工业、科学、医疗设备（ISM）是有意产生无线电频率的电磁能量并对其加以利用而不希望辐射的设备。ISM把50Hz交流通过射频振荡器变为射频，包括工业加热用的射频振荡器、射频电弧焊、医疗微波设备、超声波发生器、射线机以及家用微波炉等。这些设备通常功率比较大虽然没有发射天线，但由于电磁防护设计简单，大量的泄漏产生的电磁干扰特别严重。射频加热器主要有感应加热器和介质加热器。感应加热器主要用于锻造、冶炼、淬火、焊接和退火等工艺，其加工对象是导体或半导体，工作频率在1kHz到1MHz范围，应用较多的是数百千赫。介质加热设备，例如高频塑料热合机、三夹板干燥机等，其加工对象是电介质，工作频率

38、在13MHz到5.8GHz范围。这些加热设备都是使用单一频率的电磁能量，国家指配了专用的频点。它们窄带电磁干扰源，但其谐波数往往高达9次以上，一直在很宽的频率范围内发射强电磁噪声。医疗射频设备逐渐成为一个重要的电磁干扰源，医院内的电磁干扰问题与日俱增。主要的电磁干扰源包括从短波到微波的各种电疗设备、外科用高频手术刀等。2.3.3家用电器、电动工具和照明器具这是一类品种繁多、干扰源特性复杂的装置或设备。按其产生电磁干扰的原因，大致可以划分为以下几类。1 由于频繁开关动作而产生的所谓“咯吱声”干扰，如电冰箱、洗衣机等。2 带有换向器的电动机旋转时有电刷与换向器间的火花形成的电磁干扰源设备，如电钻、

39、电动剃须刀等。3 可能引起低压电网各项指标下降的干扰源，如空调机、感性负载等。4 各种气体放电灯，如荧光灯等。这类电器的功率虽不大，但在启动、转换、停止的瞬间产生电磁干扰。家用吸尘器在工作时输送到电网的传导干扰电压频率/MHz0.1515102030干扰电压/dBV79.561645963.5592.4系统干扰源分析举例在电子设备防干扰工程中的实际应用中，往往需要针对一个具体的系统进行分析，以便设计和采取防护措施。例如对一辆轿车、一枚运载火箭、一颗人造卫星或者一艘舰船进行系统内、外干扰源的分析，可以有针对性地进行防护设计。现在我们以飞机系统为例来分析可能存在的主要干扰源。一架飞机的主要干扰源，

40、一般将这些干扰源分为系统内干扰源和系统外（或系统间）干扰源两大类。2.4.1系统内干扰源系统内干扰大部分是由机载设备产生的，因此又可按机载设备的种类把它们归纳如下。1 无线电发射设备。飞机上的通信、导航、雷达等无线电设备都有大功率的发射机，他们除了通过天线发射电磁波外，还通过机壳、电源线、控制线向周围辐射电磁干扰，在发射信号中除了调谐频率的有用电波外还产生谐波和各种调制解调干扰电磁波，在他们进行收发工作时，整个飞机系统内将产生较大的干扰场。2 脉冲数字电路和开关电路。机载计算机中的时钟振荡器以及各种门电路、触发器等都会产生辐射干扰。3 带开关的电感性电气设备。在飞机上存在着许多电感性的电气元件

41、，如风扇电机、液压电泵、起落架收放驱动电机等，它们都是含有铁心线圈的电感性负载，当采用开关按钮或继电器触点进行通-断转换时，就会在电路中产生前沿很陡的瞬变电压干扰。4 旋转设备和荧光灯。飞机上使用的发电机和电动机在旋转过程中，由于电刷与整流子（或滑环）之间滑动接触而产生的火花放电能形成频谱很宽的辐射噪声干扰。民航客机的照明大多数采用400Hz交流供电的荧光灯，荧光灯管是充汞、氟混合气体的放电管，在放电的同时产生高频振荡，从而形成噪声。5 电源输电线干扰。机舱内空间狭窄，电缆布置密集，由于电源线电场和磁场造成的干扰占飞机各种干扰总数的30%。2.4.2 系统外干扰源1 静电。静电就是物体表面过剩

42、或不足的静止电荷。静电是一种电能，他留存于物体表面。静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转移而形成的。飞机上的静电还来源于液压系统中液体的高速流动与管道内壁的摩擦，以及驾乘人员身体和衣服摩擦产生和携带的静电。飞机上的静电放电干扰会造成电子设备的失灵、损坏、甚至引起燃料和弹药的燃烧和爆炸。2 雷电烦扰。一般雷电都打在飞机的机翼和机身上部。飞机必须事先安排好电流通道，使之在某一部位的机构上逸出。因此，飞机活动部位及机内设备都应有良好的导电塔接防护。3 宇宙噪声干扰。宇宙空间辐射的干扰噪声对飞机通信导航系统具有明显的影响，特别是在接收机天线方向正对准太阳的情况下干扰更有

43、严重。4 地面无线电设施的射频干扰。当飞机在机场停留或起飞降落的时候，航空地面设备和机场设施可能对飞机辐射电磁波构成干扰。3 信号通道抗干扰的方法 3.1 抗干扰方法3.1.1抑制干扰源 首先必须确定何处是干扰源，越靠近干扰源的地方采取措施，抑制效果就越好。一般来说，电流或电压剧变（即di/dt或du/dt大）的地方就是干扰源，具体来说继电器开合、电容充电、电机运转、集成电路开关工作都可能成为干扰。另外，市电电源也并非理想的50Hz正弦波，而是充满各种频率的的噪声，是个不可忽视的干扰源。3.1.2切断电磁干扰耦合途径1滤波滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施，其基本作用是选择信号和抑制干扰，为实

44、现这两大功能而设计的网络成为滤波器。通常按功用把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰滤波器两大类；而根据信号与噪声频率的差别可把滤波器分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）四种。实际应用中，对于通过供电电线传导的噪声可以用电源滤波器来滤波。电源滤波器不仅可以接在电网输入处，把电路与电源隔离开，消除电路间的耦合，并避免干扰信号进入电路，也可以接在噪声源电路的输出处，以抑制噪声输出，而其交流、直流两用。对传输线路及印制电路板的布线设计，应注意将进线与出线、信号线与电源线尽量分开。对于重点线路可采用损耗滤波器、三端子电容、磁环等器件进行干扰抑制。2屏蔽屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域向另一个区域的感应和辐射。由于屏蔽体对来自外部的干扰电磁波和内部的电磁波起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰