微機控制系統信號傳輸通道的抗干擾措施

孟軍紅,劉丹丹,耿立明

(沈陽城市學院，沈陽,110112)

信號的傳輸通道上會受到各種電磁干擾，嚴重影響信號傳輸的質量，這對微機監控系統是一個非常大的威脅。因此，微機控制系統信號傳輸通道的抗于擾能力倍受人們關注。

1 抑制干擾源

在微機控制系統中，強電信號是主要的干擾源，但是它們是系統的動力源泉，必不可少。由于作為干擾源的強電信號必不可少，電磁干擾就勢必存在，無法消除，我們只能采取有效措施措施抑制干擾源。

1.1 強、弱信號分開不限

在布線時，盡量使弱信號線遠離強信號線，避免平行布線，使弱信號遠離干擾源，這是對干擾源進行抑制的最有效的措施。具體做法如下：

①強、弱信號線必須分開布線，絕對不允許絞在一起混拉。

②強、弱信號線采取正交布線方式，最好避免平行布線，降低電場耦合與磁場耦合形成的信號干擾。

③如果現場條件不允許正交布線，也可采用平行布線。不過要做到強信號線與弱信號線絕對不能捆綁在一起，同一根多芯電纜內堅決不允許同時分配弱信號線和強信號線。平行的信號線間距離要大于產生干擾的導線線徑的40倍。

1.2 加裝屏蔽體，屏蔽干擾源

加裝屏蔽體，可以有效的抑制電磁干擾。如果把接地的屏蔽體安裝在強電干擾源的周圍，那么由強電干擾源發出的電力線將無法穿透屏蔽體，有效的被屏蔽于屏蔽體內。屏蔽體外部沒有電力線，自然也不存在電磁場。因此，通過加裝屏蔽可以有效的屏蔽干擾源。

2 合理使用傳輸介質，有效阻止耦合干擾的侵入

在微機控制系統中，常用信號傳輸介質有雙絞線、同軸電纜、雙絞的屏蔽線對等，這些介質本身就能夠抵制電場或磁場干擾，如果在對介質作適當的接地處理，就可以更加有效地防止電磁干擾侵入。

2.1 雙絞線

微機控制系統多使用雙絞線進行信號傳輸。雙絞線是由兩根相互絕緣的銅導線按照一定的規格互相纏繞在一起而成的網絡傳輸介質，絞扭在一起的兩根導線在傳輸中輻射的電波會相互抵消，大大降低信號干擾的程度。

2.2 同軸電纜

同軸電纜是指有兩個同心導體，而導體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜，這就相當于在導體周圍已經加裝了屏蔽體，如前所述，只要我們將同軸電纜的屏蔽體采取合理方式接地，就會對電場耦合干擾起到良好的屏蔽作用。同軸電纜傳輸的多是中低頻信號，我們采取單端接地方式即可。

2.3 屏蔽雙絞線

所謂屏蔽雙絞線就是指在雙絞線與外層絕緣封套之間有一個金屬屏蔽層。這個金屬屏蔽層可減少輻射，也可阻止外部電磁干擾的入侵，使屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更有效的抗干擾能力。

3 合理接地

接地指電力系統和電氣裝置的中性點、電氣設備的外露導電部分和裝置外導電部分經由導體與大地相連，接地可以有效的保護人身及設備的安全，防止觸電事故的發生。接地處理對微機控制系統同樣重要。接地必須進行合理設計，否則由于不合理的接地可能引入干擾，影響微機控制系統的正常運行。

微機控制系統中，傳輸通道信號頻率一般都在1MHZ以下，對此一般采用如下方法提高抗干擾能力。

3.1 接地原則

一般情況下，高頻電路應就近多點接地，低頻電路應采用一點接地方式。采用一點接地時，可以避免形成接地環路，因此可以消除或抑制接地噪聲。

3.2 實用接地方法

在實際應用中，經常有多個電路和裝置需要接地，為了符合噪聲標準，并且簡單易行，一般采用串并聯混合的一點接地方法，即在系統中設置三條公共地線，分別為信號地線、功率地線和機殼地線，各部分電路通過它們接地。信號地線一般一般用于小功率的弱點信號，功率地線適用于電平較高、功率較大信號；機殼地線適用于設備的外殼、機架、底板等，交流電源的保護地線也應該應接至機殼地線。圖1示出了典型的微機控制系統接地方法。

圖1 實用接地方法

3.3 輸入輸出通道的接地方法

①信號回路的接地方法

為了有效消除信號源和接收設備之間的電位差及其引起的地線環流，信號回路一般采用在信號源側或放大器側單端接地方法，如圖2所示。

圖2 電路一點接地法

②電纜屏蔽層的接地方法

當信號源采用一點接地時，電纜的屏蔽層也應該一點接地，如圖3所示。若信號源不接地而放大器接地，輸入信號的屏蔽層應接至放大器的公共端；信號源接地而放大器不接地時，輸入線的屏蔽層應接至信號源的公共端。

圖3 屏蔽電纜的單端接地方式

③信號隔離技術

當信號輸入通道必須采用雙端接地時，必須采取采用信號隔離技術將雙方地線隔離開來才能有效防止地線環流產生噪聲干擾。常用的信號隔離措施是采用光電隔離器件實現的。

圖4給出了兩種光電耦合輸入電路，當有信號輸入時，發光二極管開始發光，它觸發光敏三極管使其導通，輸入信號通過光路輸入到微機系統；當輸入信號消失時，發光二極管停止發光，光敏三極管由于沒有足夠的光強而處于截至狀態，沒有輸出信號。這樣就實現了通過光路來傳遞電信號，保證了輸入輸出兩側電路沒有直接的電氣聯系，從而達到了隔離的目的。研究發現，光電隔離器不僅可以實現電氣隔離，還具有電平轉換功能。

圖4 光電隔離輸入電路

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