【導(dǎo)讀】傳感器電路通常用來(lái)測(cè)量微弱的信號(hào)，具有很高的靈敏度，如果不能解決好各類(lèi)干擾的影響，將給電路及其測(cè)量帶來(lái)較大誤差，甚至?xí)蚋蓴_信號(hào)淹沒(méi)正常測(cè)量信號(hào)而使電路不能正常工作。
盡量消除或抑制電子電路的干擾是電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用始終需要解決的問(wèn)題。
傳感器電路通常用來(lái)測(cè)量微弱的信號(hào)，具有很高的靈敏度，如果不能解決好各類(lèi)干擾的影響，將給電路及其測(cè)量帶來(lái)較大誤差，甚至?xí)蚋蓴_信號(hào)淹沒(méi)正常測(cè)量信號(hào)而使電路不能正常工作。
在此，研究了傳感器電路設(shè)計(jì)時(shí)的內(nèi)部噪聲和外部干擾，并得出采取合理有效的抗干擾措施，能確保電路正常工作，提高電路的可靠性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
傳感器電路通常用來(lái)測(cè)量微弱的信號(hào)，具有很高的靈敏度，但也很容易接收到外界或內(nèi)部一些無(wú)規(guī)則的噪聲或干擾信號(hào)，如果這些噪聲和干擾的大小可以與有用信號(hào)相比較。
那么在傳感器電路的輸出端有用信號(hào)將有可能被淹沒(méi)，或由于有用信號(hào)分量和噪聲干擾分量難以分辨，則必將妨礙對(duì)有用信號(hào)的測(cè)量。
所以在傳感器電路的設(shè)計(jì)中，往往抗干擾設(shè)計(jì)是傳感器電路設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵。
1 傳感器電路的內(nèi)部噪聲
1.1 高頻熱噪聲
高頻熱噪聲是由于導(dǎo)電體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。
溫度越高，電子運(yùn)動(dòng)就越激烈。導(dǎo)體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)在其內(nèi)部形成很多微小的電流波動(dòng)，因其是無(wú)序運(yùn)動(dòng)，故它的平均總電流為零，但當(dāng)它作為一個(gè)元件(或作為電路的一部分)被接入放大電路后，其內(nèi)部的電流就會(huì)被放大成為噪聲源，特別是對(duì)工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱噪聲的影響就越大。在通頻帶△f內(nèi)，電路熱噪聲電壓的有效值：
以一個(gè)1 kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為1 MHz，則呈現(xiàn)在電阻兩端的開(kāi)路電壓噪聲有效值為4μV(設(shè)溫度為室溫T=290 K)。
看起來(lái)噪聲的電動(dòng)勢(shì)并不大，但假設(shè)將其接入一個(gè)增益為106倍的放大電路時(shí)，其輸出噪聲可達(dá)4 V，這時(shí)對(duì)電路的干擾就很大了。
1．2 低頻噪聲
低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)造成的。
特別是碳膜電阻，其碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的，在電流流過(guò)時(shí)，會(huì)使電阻的導(dǎo)電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類(lèi)似接觸不良的閃爆電弧。
另外，晶體管也可能產(chǎn)生相似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)生機(jī)理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜程度有關(guān)。
1．3 半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲
由于半導(dǎo)體PN結(jié)兩端勢(shì)壘區(qū)電壓的變化引起累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改變，從而顯現(xiàn)出電容效應(yīng)。
當(dāng)外加正向電壓升高時(shí)，N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴向耗盡區(qū)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于對(duì)電容充電。當(dāng)正向電壓減小時(shí)，它又使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電。
當(dāng)外加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)的變化相反。當(dāng)電流流經(jīng)勢(shì)壘區(qū)時(shí)，這種變化會(huì)引起流過(guò)勢(shì)壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小波動(dòng)，從而產(chǎn)生電流噪聲。其產(chǎn)生噪聲的大小與溫度、頻帶寬度△f成正比。
1．4 電路板上的電磁元件的干擾
許多電路板上都有繼電器、線(xiàn)圈等電磁元件，在電流通過(guò)時(shí)其線(xiàn)圈的電感和外殼的分布電容向周?chē)椛淠芰?，其能量?huì)對(duì)周?chē)碾娐樊a(chǎn)生干擾。
像繼電器等元件其反復(fù)工作，通斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時(shí)浪涌電流，這種瞬間的高壓對(duì)電路將產(chǎn)生極大的沖擊，從而嚴(yán)重干擾電路的正常工作。
1．5 電阻器的噪聲
電阻的干擾來(lái)自于電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻本身的熱噪聲。
例如一個(gè)阻值為R的實(shí)芯電阻，可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串并聯(lián)。
一般來(lái)說(shuō)，寄生電容為0．1～0．5 pF，寄生電感為5～8 nH。在頻率高于1 MHz時(shí)，這些寄生電感電容就不可忽視了。
各類(lèi)電阻都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，一個(gè)阻值為R的電阻(或BJT的體電阻、FET的溝道電阻)未接入電路時(shí)，在頻帶寬度B內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓為：
式中：k為玻爾茲曼常數(shù)；T是絕對(duì)溫度(單位：K)。熱噪聲電壓本身是一個(gè)非周期變化的時(shí)間函數(shù)，因此，它的頻率范圍是很寬廣的。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。
另外，電阻還會(huì)產(chǎn)生接觸噪聲，其接觸噪聲電壓為：
式中：I為流過(guò)電阻的電流均方值；f為中心頻率；k是與材料的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)。由于Vc在低頻段起重要的作用，所以它是低頻傳感器電路的主要噪聲源。
1．6 晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)通過(guò)BJT內(nèi)3個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線(xiàn)電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中rbb''''所產(chǎn)生的噪聲是主要的。
通常所說(shuō)的BJT中的電流，只是一個(gè)平均值。實(shí)際上通過(guò)發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個(gè)瞬時(shí)都不相同，因而發(fā)射極電流或集電極電流都有無(wú)規(guī)則的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲。
由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。
它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng)1／f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)范圍起主要作用。
1．7 集成電路的噪聲
集成電路的噪聲干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導(dǎo)式。這些噪聲尖刺對(duì)于接在同一交流電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴(kuò)展至100 MHz以上。
在實(shí)驗(yàn)室中，可以用高頻示波器(100 MHz以上)觀(guān)察一般單片機(jī)系統(tǒng)板上某個(gè)集成電路電源與地引腳之間的波形，會(huì)看到噪聲尖刺峰-峰值可達(dá)數(shù)百毫伏甚至伏級(jí)。
2 傳感器電路的外部干擾
2．1 電源的干擾
大多數(shù)電子電路的直流電源是由電網(wǎng)交流電源經(jīng)濾波、穩(wěn)壓后提供的。如果電源系統(tǒng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)凈化，會(huì)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
同時(shí)，在傳感器測(cè)試系統(tǒng)附近的大型交流電力設(shè)備的啟停將產(chǎn)生頻率很高的浪涌電壓疊加在電網(wǎng)電壓上。
此外，雷電感應(yīng)也會(huì)在電網(wǎng)上產(chǎn)生幅值很高的高頻浪涌電壓。如果這些干擾信號(hào)沿著交流電源線(xiàn)進(jìn)入傳感器接口電路內(nèi)部，將會(huì)干擾其正常工作，影響系統(tǒng)的測(cè)試精度。
2. 2 地線(xiàn)的干擾
傳感器接口各電路往往共用一個(gè)直流電源，或者雖然不共用一個(gè)電源，但不同電源之間往往共一個(gè)地，因此，當(dāng)各部分電路的電流均流過(guò)公共地電阻(地線(xiàn)導(dǎo)體阻)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生電壓降，該電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號(hào)。
同時(shí)，在遠(yuǎn)距離測(cè)量中，傳感器和檢測(cè)儀表在兩處分別接地，于是在兩“地”之間就存在較大的接地電位差，在儀表的輸入端易形成共模干擾電壓。
共模干擾的來(lái)源一般是設(shè)備對(duì)地漏電、地電位差、線(xiàn)路本身具有對(duì)地干擾等。由于線(xiàn)路的不平衡狀態(tài)，共模干擾會(huì)轉(zhuǎn)換成常模干擾，較難除掉。
2．3 信號(hào)通道的干擾
通常傳感器設(shè)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，而顯示、記錄等測(cè)量裝置安裝在離現(xiàn)場(chǎng)有一定距離的控制室內(nèi)，這樣需要很長(zhǎng)的信號(hào)傳輸線(xiàn)，信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中很容易受到干擾，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變或失真。
長(zhǎng)線(xiàn)信號(hào)傳輸所遇到的干擾有：
(1)周?chē)臻g電磁場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)線(xiàn)的電磁感應(yīng)干擾。
(2)信號(hào)線(xiàn)間的串?dāng)_。當(dāng)強(qiáng)信號(hào)線(xiàn)(或信號(hào)變化速度很快的線(xiàn))與弱信號(hào)線(xiàn)靠得很近時(shí)，通過(guò)線(xiàn)間分布電容和互感產(chǎn)生線(xiàn)間干擾。
(3)長(zhǎng)線(xiàn)信號(hào)的地線(xiàn)干擾。信號(hào)線(xiàn)越長(zhǎng)，則信號(hào)地線(xiàn)也越長(zhǎng)，即地線(xiàn)電阻較大，形成較大的電位差。
2．4 空間電磁波的干擾空間電磁波干擾主要有：
(1)雷電、大氣層的電場(chǎng)變化、電離層變化及太陽(yáng)黑子的電磁輻射等；
(2)區(qū)域空間中通信設(shè)備、電視、雷達(dá)等通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射強(qiáng)烈的電磁波；
(3)局部空間電磁波對(duì)電路、設(shè)備產(chǎn)生的干擾，如氖燈、熒光燈等氣體放電設(shè)施產(chǎn)生的輝光放電干擾，弧光放電產(chǎn)生的電波形成的干擾。
3 抑制傳感器電路噪聲的措施
3．1 根據(jù)不同工作頻率合理選擇噪聲低的半導(dǎo)體元器件
在低頻段，晶體管由于存在勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容等問(wèn)題，噪聲較大。而結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管因?yàn)槭嵌鄶?shù)載流子導(dǎo)電，不存在勢(shì)壘區(qū)的電流不均勻問(wèn)題。
而且柵極與導(dǎo)電溝間的反向電流很小，產(chǎn)生的散粒噪聲很小。故在中、低頻的前級(jí)電路中應(yīng)采用場(chǎng)效應(yīng)管，不但可以降低噪聲還可以有較高的輸入阻抗。
另外如果需要更換晶體管等半導(dǎo)體元件，一定要經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇，即使型號(hào)相同的半導(dǎo)體器件參數(shù)也是有差別的。
同樣，電路中的碳膜電阻與金屬膜電阻的噪聲系數(shù)也是不一樣的，金屬膜電阻的噪聲比碳膜的要小，特別是在前級(jí)小信號(hào)輸入時(shí)，可以考慮用噪聲小的金屬膜電阻。
3．2 根據(jù)不同的工作頻段、參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐?/div>
選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐凡粌H對(duì)本級(jí)電路有直接影響，對(duì)整個(gè)電路的工作參數(shù)、工作狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生重要影響。
如共射組態(tài)連接時(shí)，電路有較高的放大增益，同時(shí)它的噪聲對(duì)后級(jí)的影響較小。而共集組態(tài)時(shí)有較高的輸入阻抗同時(shí)也有較好的頻響。
因此根據(jù)不同的電路對(duì)參數(shù)應(yīng)有不同要求，選擇好的電路，不僅可以簡(jiǎn)化線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以減少噪聲對(duì)整個(gè)電路的干擾。
在電路性能參數(shù)允許的條件下，盡可能采用抗干擾能力較好的數(shù)字電路。
3．3 傳感器電路中加入濾波環(huán)節(jié)
在放大電路中，頻帶越寬，噪聲也越大，而有用信號(hào)的頻率往往在一定范圍內(nèi)，故可在電路中加入濾波環(huán)節(jié)，濾除或盡可能衰減干擾信號(hào)，以達(dá)到提高信噪比抑制干擾的目的。
濾波技術(shù)對(duì)抑制經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)耦合到電路的干擾特別有效，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號(hào)傳輸通道中，各種濾波器是抑制差模干擾的有效措施之一。
在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中常用的濾波器有：
(1)RC濾波器。當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的無(wú)源RC濾波器將會(huì)對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。
(2)交流電源濾波器。電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對(duì)此常用LC濾波器來(lái)抑制混入電源的噪聲，例如100μH的電感、0．1 μF的電容組成的高頻濾波器能吸收中短波段的高頻噪聲干擾。
(3)直流電源濾波器。直流電源往往為幾個(gè)電路所共用，為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間相互干擾，應(yīng)該在每個(gè)電路的直流電源上加上RC或LC退耦濾波器，用來(lái)濾除低頻噪聲。
3．4 通過(guò)負(fù)反饋電路來(lái)抑制噪聲
負(fù)反饋電路可以通過(guò)反饋信號(hào)的取樣、控制來(lái)穩(wěn)定電路，提高放大器的信噪比，使放大電路的動(dòng)態(tài)性能獲得多方面的改善。
負(fù)反饋信號(hào)可以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而穩(wěn)定電路的溫度、電流、電壓等多項(xiàng)參數(shù)。在多級(jí)電路中，第一級(jí)電路因?yàn)槭窃夹⌒盘?hào)，因此經(jīng)常采用的是有較大增益的共射電路組態(tài)。
除非是特殊需要，共射組態(tài)電路往往是不加負(fù)反饋的。所以第一級(jí)電路產(chǎn)生的噪聲只能通過(guò)后級(jí)的負(fù)反饋電路來(lái)抑制。
對(duì)于多級(jí)電路而言，通過(guò)負(fù)反饋信號(hào)穩(wěn)定本級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以抑制本級(jí)電路噪聲的產(chǎn)生和傳播。因此在多級(jí)電路中，負(fù)反饋電路是抑制噪聲的一個(gè)重要手段。
3．5 抑制和減少輸入端偏置電路的噪聲
輸入端偏置電路噪聲一般是由輸入端偏置分流電阻產(chǎn)生的。當(dāng)流過(guò)偏置電阻的直流電流過(guò)大時(shí)就會(huì)使能量過(guò)剩從而產(chǎn)生電流噪聲。
如果選擇合適的偏置電路，噪聲就可以通過(guò)旁路電容短接入地，可以抑制噪聲輸出，減小對(duì)下一級(jí)電路的影響。另外優(yōu)質(zhì)的信號(hào)源也是電路抗干擾的重要保證。
4 減少傳感器電路干擾的措施
4．1 合理布局
合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時(shí)也使對(duì)干擾信號(hào)的濾除變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
4．1．1 地線(xiàn)布置的抗干擾措施
為克服這種由于地線(xiàn)布設(shè)不合理而造成的干擾，在設(shè)計(jì)印制電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量避免不同回路的電路同時(shí)流經(jīng)某一段共用地線(xiàn)。
特別是在高頻電路和大電流回路中，更要講究地線(xiàn)的接法。把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，是減少噪聲通過(guò)地線(xiàn)串?dāng)_的有效方法。
4．1．2 電源布線(xiàn)的抗干擾措施
在布線(xiàn)時(shí)，首先要將交流電源部分與直流電源部分分開(kāi)，不要共用接地導(dǎo)線(xiàn)，就是把“交流地”和“直流地”分開(kāi)，減少噪聲通過(guò)地線(xiàn)串?dāng)_。
另外，在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲。
具體配置方法是在電源輸入端接一個(gè)10～100μF的電解電容，如果印制電路板的位置允許，采用100μF以上的電解電容的抗干擾效果會(huì)更好。
在電源線(xiàn)布線(xiàn)時(shí)，根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線(xiàn)寬度，減少環(huán)路電阻。
同時(shí)，使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走線(xiàn)和數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞的方向一致，有助于增強(qiáng)抗干擾能力。
4．1．3 元器件布局的抗干擾措施
(1)抑制電磁干擾。相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元器件，應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)或采取屏蔽措施。要設(shè)法縮短高頻部分元器件之間的連線(xiàn)，減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾(如果需要對(duì)高頻部分使用金屬屏蔽罩，還應(yīng)該在板上留出屏蔽罩占用的面積)。易受干擾的元器件不能離得太近。
強(qiáng)電部分(220 V)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級(jí)和輸出級(jí)的元件應(yīng)當(dāng)盡量分開(kāi)。直流電源引線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，要增加濾波元件，防止50 Hz干擾。
揚(yáng)聲器、電磁鐵、永磁式儀表等元件會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，高頻變壓器、繼電器等會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
這些磁場(chǎng)不僅對(duì)周?chē)a(chǎn)生干擾，同時(shí)對(duì)周?chē)挠≈茖?dǎo)線(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生影響。
這類(lèi)干擾要根據(jù)情況區(qū)別對(duì)待，一般應(yīng)該注意幾點(diǎn)：
減少磁力線(xiàn)對(duì)印制導(dǎo)線(xiàn)的切割，確定兩個(gè)電感類(lèi)元件的位置時(shí)，盡量使它們的磁場(chǎng)方向相互垂直，減少彼此間的耦合；
對(duì)干擾源進(jìn)行磁屏蔽，屏蔽罩要良好接地；
使用高頻電纜直接傳輸信號(hào)時(shí)，電纜的屏蔽層應(yīng)一端接地。
(2)抑制熱干擾。溫度升高造成的干擾，在印制板設(shè)計(jì)中也應(yīng)該引起注意。在排版設(shè)計(jì)印制板的時(shí)候，應(yīng)采取措施進(jìn)行元器件之間的熱隔離。
比如對(duì)于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備內(nèi)的上部。
電路長(zhǎng)期工作引起溫度升高，會(huì)影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。
4．2 屏蔽技術(shù)
采用屏蔽技術(shù)可以有效防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的干擾。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。
4．2．1 靜電屏蔽
用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料，制作密閉的金屬容器，并與地線(xiàn)連接，把需要保護(hù)的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)不影響其內(nèi)部電路，反過(guò)來(lái)，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場(chǎng)也不會(huì)影響外電路。
例如傳感器測(cè)量電路中，在電源變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間插入一個(gè)留有縫隙的導(dǎo)體，并把它接地，可以防止兩繞組之間的靜電耦合。
4．2．2 電磁屏蔽
對(duì)于高頻干擾磁場(chǎng)，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場(chǎng)的能量，渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而使被保護(hù)電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。
若電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。傳感器的輸出電纜一般采用銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽，既有靜電屏蔽又有電磁屏蔽的作用。
屏蔽材料必須選擇導(dǎo)電性能良好的低電阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅等。
4．2．3 低頻磁屏蔽
干擾如為低頻磁場(chǎng)，這時(shí)的電渦流現(xiàn)象不太明顯，只用上述方法抗干擾效果并不太好，因此必須采用采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便把低頻干擾磁感線(xiàn)限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使被保護(hù)電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。
傳感器檢測(cè)儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進(jìn)一步將其接地，又同時(shí)起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。
基于以上3種常用的屏蔽技術(shù)，因此在干擾比較嚴(yán)重的地方，可以采用復(fù)合屏蔽電纜，即外層是低頻磁屏蔽層，內(nèi)層是電磁屏蔽層，達(dá)到雙重屏蔽的作用。
例如電容式傳感器在實(shí)際測(cè)量時(shí)其寄生電容是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，否則其傳輸效率、靈敏度都要變低，必須對(duì)傳感器進(jìn)行靜電屏蔽，而其電極引出線(xiàn)就采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱(chēng)之為驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過(guò)程中的寄生電容。
4．3 接地技術(shù)
接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來(lái)干擾，同時(shí)可提高測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾因素。
接地的目的有兩個(gè)：安全性和抑制干擾。因此接地分為保護(hù)接地、屏蔽接地和信號(hào)接地。保護(hù)接地以安全為目的，傳感器測(cè)量裝置的機(jī)殼、底盤(pán)等都要接地。
要求接地電阻在10 Ω以下；屏蔽接地是干擾電壓對(duì)地形成低阻通路，以防干擾測(cè)量裝置。接地電阻應(yīng)小于0．02Ω；信號(hào)接地是電子裝置輸入與輸出的零信號(hào)電位的公共線(xiàn)，它本身可能與大地是絕緣的。
信號(hào)地線(xiàn)又分為模擬信號(hào)地線(xiàn)和數(shù)字信號(hào)地線(xiàn)，模擬信號(hào)一般較弱，故對(duì)地線(xiàn)要求較高；數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，故對(duì)地線(xiàn)要求可低一些。
不同的傳感器檢測(cè)條件對(duì)接地的方式也有不同的要求，必須選擇合適的接地方法，常用接地方法有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。
4．3．1 一點(diǎn)接地
在低頻電路中一般建議采用一點(diǎn)接地，它有放射式接地線(xiàn)和母線(xiàn)式接地線(xiàn)路。
放射式接地就是電路中各功能電路直接用導(dǎo)線(xiàn)與零電位基準(zhǔn)點(diǎn)連接；
母線(xiàn)式接地就是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體作為接地母線(xiàn)，直接接到零電位點(diǎn)，電路中的各功能塊的地可就近接在該母線(xiàn)上。
這時(shí)若采用多點(diǎn)接地，在電路中會(huì)形成多個(gè)接地回路，當(dāng)?shù)皖l信號(hào)或脈沖磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)這些回路時(shí)，就會(huì)引起電磁感應(yīng)噪聲，由于每個(gè)接地回路的特性不同，在不同的回路閉合點(diǎn)就產(chǎn)生電位差，形成干擾。為避免這種情況，最好采用一點(diǎn)接地的方法。
傳感器與測(cè)量裝置構(gòu)成一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)，但兩者之間可能相距較遠(yuǎn)。
由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大地電流十分復(fù)雜，所以這兩部分外殼的接大地點(diǎn)之間的電位一般是不相同的；若將傳感器與測(cè)量裝置的零電位在兩處分別接地，即兩點(diǎn)接地，則會(huì)有較大的電流流過(guò)內(nèi)阻很低的信號(hào)傳輸線(xiàn)產(chǎn)生壓降，造成串模干擾。因此這種情況下也應(yīng)該采用一點(diǎn)接地方法。
4．3．2 多點(diǎn)接地
一般建議高頻電路采用多點(diǎn)接地。高頻時(shí)，即使一小段地線(xiàn)也將有較大的阻抗壓降，加上分布電容的作用，不可能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，因此可采用平面式接地方式，即多點(diǎn)接地方式，利用一個(gè)良好的導(dǎo)電平面體(如采用多層線(xiàn)路板中的一層)接至零電位基準(zhǔn)點(diǎn)上，各高頻電路的地就近接至該導(dǎo)電平面體上。
由于導(dǎo)電平面體的高頻阻抗很小，基本保證了每一處電位的一致，同時(shí)加設(shè)旁路電容等減少壓降。因此，這種情況要采用多點(diǎn)接地方式。
4．4 隔離技術(shù)
在接口電路中，如出現(xiàn)兩點(diǎn)以上接地時(shí)，可能引入共阻耦合干擾和地環(huán)路電流干擾。抑制這類(lèi)干擾的方法是采用隔離技術(shù)。通常有電磁隔離和光電隔離兩種。
4．4．1 電磁耦合隔離
利用隔離變壓器來(lái)切斷環(huán)流，由于地環(huán)路則被切斷，兩電路有獨(dú)立的地電位基準(zhǔn)，因而不會(huì)造成干擾，信號(hào)通過(guò)耦合形式進(jìn)行傳遞。
4．4．2 光電耦合隔離
光電耦合器是一種電-光-電的耦合器件，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝組成，其輸入與輸出在電氣上是絕緣的，因此，這種器件除了用于做光電控制外，現(xiàn)在被越來(lái)越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。這樣即使輸入回路有干擾，只要它在門(mén)限之內(nèi)，就不會(huì)對(duì)輸出造成影響。
4．5 其他抗干擾技術(shù)
(1)穩(wěn)壓技術(shù)。目前智能傳感器及儀器儀表開(kāi)發(fā)中常用的穩(wěn)壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源，另一種是DC-DC穩(wěn)壓電源，這對(duì)防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)干擾儀器正常工作十分有效。
(2)抑制共模干擾技術(shù)。采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。
(3)軟件補(bǔ)償技術(shù)。外界因素如溫濕度變化等也會(huì)引起某些參數(shù)的變化，造成偏差。可以利用軟件根據(jù)外界因素的變化和誤差曲線(xiàn)進(jìn)行修正，去掉干擾。
5 結(jié)語(yǔ)
抗干擾是一個(gè)非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問(wèn)題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。
因此，在傳感器電路以及測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾措施，在調(diào)試過(guò)程中還應(yīng)及時(shí)分析出遇到的現(xiàn)象，對(duì)傳感器及其系統(tǒng)的電路原理、具體布線(xiàn)、屏蔽、電源的抗干擾能力、數(shù)字地或模擬地的處理以及防護(hù)形式不斷改進(jìn)，以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。
推薦閱讀：
