1 引言
在電子線路及控制系統(tǒng)中信號(hào)干擾是一個(gè)常見而極其復(fù)雜的問題，如果不采取措施加以防治，整個(gè)系統(tǒng)將出現(xiàn)異常反應(yīng)，尤其在有模擬量檢測(cè)和數(shù)字采樣等弱信號(hào)存在的控制系統(tǒng)中，干擾可能導(dǎo)致檢測(cè)失真，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。本文就電子線路及控制系統(tǒng)信號(hào)干擾和相關(guān)措施作一些簡(jiǎn)要探討。

2 變頻器對(duì)線路及設(shè)備的干擾及防治措施
2.1 干擾來源
交流變頻器的工作原理是將工頻交流電壓經(jīng)過整流、濾波得到穩(wěn)定的直流電壓，在集成微處理器的控制作用下，再由可控硅電路將直流電壓逆變?yōu)樗桀l率的交流電壓。由于逆變過程中存在著斬波現(xiàn)象，所得到的交流電壓曲線不再是正弦波，而由多種高次諧波分量復(fù)合而成，這些高次諧波是對(duì)其他線路及設(shè)備產(chǎn)生干擾的重要因素。
2.2 干擾防治措施
針對(duì)變頻器引起的干擾，通?？蓮囊韵滤膫€(gè)方面加以防治。
(1) 盡可能減少變頻器內(nèi)部干擾。充分利用變頻器自身抗干擾功能，如可選擇加載濾波器、機(jī)械傳動(dòng)比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使變頻器避免深度變頻，對(duì)大功率變頻器可加裝直流電抗器等。
(2) 合理布置外圍電氣元件。易受干擾的元件或重要的模擬量檢測(cè)元件應(yīng)遠(yuǎn)離變頻器安裝，必要時(shí)安裝金屬網(wǎng)，以減少因電磁輻射造成的影響。
(3) 合理布線。盡量將動(dòng)力線與控制線、檢測(cè)線分開敷設(shè)，并保持足夠的距離。在布線空間有限的情況下，動(dòng)力線與信號(hào)線之間應(yīng)呈正交布設(shè)。盡可能縮短信號(hào)線的傳輸長(zhǎng)度。
(4) 加強(qiáng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力。導(dǎo)線要采用屏蔽線，系統(tǒng)要有公共接地體，接地線盡可能短，其截面積不可小于6mm2。

3 地線噪聲對(duì)設(shè)備及器件的干擾及防治措施
3.1 地線噪聲的產(chǎn)生
在系統(tǒng)內(nèi)，由于設(shè)備接地不良，在分支線路上造成電壓降和零線偏離零電位過大，也會(huì)造成火線與地線、零線與地線之間形成浪涌、下陷等干擾電壓。若是一個(gè)懸浮的不接地系統(tǒng)，在其周圍發(fā)生閃電時(shí)，可以在電線中引起3kv的尖峰電壓。汽車打火、無線電發(fā)射以及電弧等輻射源均可引起上千伏的尖峰電壓。繼電器等電器開關(guān)觸點(diǎn)的通斷可在電網(wǎng)中引起600v左右的尖峰電壓。地線過長(zhǎng)，受空間電磁場(chǎng)的干擾，也會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生尖峰電壓。尖峰電壓的持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但是對(duì)數(shù)字電子設(shè)備系統(tǒng)的正常工作危害極大，會(huì)造成邏輯紊亂、甚至沖壞程序、使接觸器無法正常工作等故障。此外在數(shù)字電子設(shè)備中大量地應(yīng)用了cmos的數(shù)字器件和數(shù)字模擬混合器件，如dsp芯片、cpu、ram、a/d變換器和其他數(shù)字邏輯器件等，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，這些器件同時(shí)工作會(huì)使電路板內(nèi)的電源電壓和地電平波動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)波形產(chǎn)生尖峰過沖或衰減震蕩，造成數(shù)字ic電路的噪聲容限下降，而引起誤動(dòng)作。
3.2 地線噪聲的防治措施
(1) 選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(zhǎng)度，以減小元件分布電感的影響；選用噪聲容限大的數(shù)字ic。
(2) 在電源變壓器的前端加裝電源濾波器，這種電源濾波器具有良好抑制共模噪聲和串模噪聲的能力，來隔離外部和內(nèi)部脈沖噪聲的干擾。
(3) 印制板布局時(shí)，要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開，電源和地線單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn)；pcb布線時(shí)，高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線，主要信號(hào)線最好集中在pcb板中心，時(shí)鐘發(fā)生電路應(yīng)在板中心附近，時(shí)鐘扇出應(yīng)采用菊鏈?zhǔn)交虿⒙?lián)布線，同時(shí)電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開。
(4) 印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線電阻，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。
(5) 軟件抑制電源干擾，雖然可以從硬件上采取措施來抑制電源的干擾，但是實(shí)際運(yùn)行中還是會(huì)有一部分電源噪聲串入系統(tǒng)，造成軟件的復(fù)位，擾亂程序的正常執(zhí)行順序。為了抵御這種干擾，在程序的開始位置安排了一段程序，此程序可以根據(jù)電壓、電流檢測(cè)單元所測(cè)的電壓、電流信號(hào)決定系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4 紋波對(duì)計(jì)數(shù)器、傳感器的影響及其抑制措施
4.1 紋波的產(chǎn)生及其影響
控制和檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常采用±15v或28v直流電源。直流成分中的串?dāng)_現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響負(fù)載的正常工作，如接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器、人機(jī)界面等都需品質(zhì)很高的直流穩(wěn)壓電源。當(dāng)有紋波脈沖串入時(shí)，將出現(xiàn)誤動(dòng)作。不管是哪一種直流電源，因?yàn)V波電路特性的差異都會(huì)在其輸出端迭加一定量的紋波。就開關(guān)電源而言，除了裝置自身會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲外，電源對(duì)電網(wǎng)尖峰擾動(dòng)的抵御能力也很差。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)較大峰值的浪涌電壓時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定狀態(tài)瞬間會(huì)被打破，將直接危及所連負(fù)載的安全。
4.2 預(yù)防紋波干擾的措施
直流控制電源中紋波系數(shù)大，應(yīng)根據(jù)不同原因采取相應(yīng)預(yù)防措施。如果是濾波不好，則要重新選擇濾波電容，在直流側(cè)再加裝lc濾波、π型濾波等無源濾波元件以構(gòu)成諧振電路來吸收噪聲。如果交流輸入端電壓變化超過允許范圍，應(yīng)在輸入端加入交流穩(wěn)壓電源。如果電網(wǎng)中有豐富的高次諧波，導(dǎo)致工頻電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，不僅輸出的直流電壓中噪音分量大，連直流電源本身都無法正常工作。在這種情況下，輸入端加入隔離變壓器一般可使噪聲降至65%，能有效地改善輸出電壓的品質(zhì)。一般來說，交流進(jìn)線電纜的屏蔽層接保護(hù)地，低頻信號(hào)電纜屏蔽層在信號(hào)接受器一側(cè)接地，高頻信號(hào)電纜屏蔽層在兩端接地，熱電偶電纜屏蔽層在被測(cè)裝置一側(cè)接地。
為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在開關(guān)電源之前還應(yīng)加一個(gè)380v/220v的隔離變壓器，這樣，既可吸收反電勢(shì)作用下產(chǎn)生的電壓擾動(dòng)，又能避免因進(jìn)線側(cè)零線與相線相碰導(dǎo)致電壓升高而損壞開關(guān)電源。如果存在自激振蕩，可在電路電源進(jìn)線處加入去耦電路。

5 電網(wǎng)高電壓、強(qiáng)電流產(chǎn)生的干擾及抑制
5.1 干擾的產(chǎn)生
對(duì)數(shù)字儀表及自動(dòng)化控制設(shè)備正常工作危害最嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾噪聲干擾的用電設(shè)備如：電焊、大電機(jī)、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的照明燈，甚至電烙鐵等，這些常常會(huì)使數(shù)字儀表顯示為亂碼，影響自動(dòng)化控制設(shè)備正常工作。
5.2 抑制措施
電氣隔離技術(shù)抑制和預(yù)防以上各種干擾的有效措施。對(duì)于高電壓、大電流、大功率等強(qiáng)電或長(zhǎng)輸線上產(chǎn)生的各種干擾信號(hào)可采取信息傳輸路徑在電氣上隔離，即隔離前后兩部分線路之間的電氣連接，采用非電方式 (如磁、光等)來傳送信息。

6 結(jié)束語
本文介紹的電子線路噪聲及抑制技術(shù)，對(duì)印制電路板設(shè)計(jì)，特別是高速數(shù)字電路和射頻電路可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，具有借鑒意義。

作者簡(jiǎn)介
王耀軍(1977-) 男 工程師，主要從事電氣可靠性測(cè)量工作。
王鵬云(1978-) 女 碩士/講師，主要研究方向?yàn)殡姎饪煽啃詼y(cè)量。

參考文獻(xiàn)
[1] 畢滿清. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[m]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998
[2] john wiley&sons. 電磁兼容導(dǎo)論[m]. inc.,isbn 0-471-54927-4