电子仪器稳定性如何研究

　　电子仪器设备安装环境复杂，要做到去除干扰，必须要做好接地措施.首先要对仪器设备的外壳进行接地处理，防止外来雷电、静电等强大电压干扰甚至损坏设备。PCB板上要区分数字地和模拟地，数字电路中芯片对电位变化敏感，如果有微小的干扰引起电位微小的变化可能影响到数字芯片的正常工作，引起芯片异常反应。对芯片的空置管脚，不能悬空处理，直接将其接地处理，减少外围电路引入干扰影响其工作。当导线上有电流流过时就会形成电感回路，电流电压导线与地线比较靠近时，形成电源回路面积就越小，形成电感量也会小些，同时回路电阻也小，这样生成的电磁干扰就大大减少。电子仪器设备的普通地线、保护地线和电线中的屏蔽地线应分开接地后汇入中央控制室，它们汇聚起来的接地部分是独立的模块系统，还要使其接地电阻不大于4欧姆，其与电网接地保持5米以上的距离。数字电路对模拟[4]电路的干扰在电子仪器中很普遍，所以提出模拟地、数字地以及模拟电源、数字电源这些概念。目前的通用措施如下：(1)地线从整流滤波后就分为2根，其中一根作为模拟地，所有模拟部分的电路地全部接到模拟地上;另一根为数字地，所有数字部分的电路地全部接到数字地。(2)直流电源稳压芯片经过滤波后也分为两路电源，其中，一路经过LC/RC滤波后为模拟电源，模拟部分的电路电源全部接到模拟电源上;另一路为数字电源，数字部分的电路电源全部接到这个数字电源上。模拟地、数字地和模拟电源、数字电源只在电源的开始部分有一点连接，不能有其他任何连接。这样区分是为了将数字和模拟电路隔离开来，降低数字部分带给模拟电路干扰。但模拟和数字部分不可能完全隔离开，它们之间是有连接的。所以模拟地和数字地之间要用零欧姆电阻、磁珠或电感连接起来，这样就能够减小干扰。

　　2电路板的热干扰及对策

　　精密电子仪器对于电路板发热的控制是严格的，电路板上元器件选择要符合高稳定性，适合的温度范围，性能稳定。元器件在工作时都是会发热的，尤其是一些大功率器件，其发热严重，对周围温度敏感电子元器件产生干扰。对于这样的元器件要和温度敏感器件有一定的距离，并且要放置到边缘容易散热的地方。元器件安装时没有特定要求时，安装布置要满足空气自由对流散热要求。如要加强散热，可安装散热器或者导热管等。元器件在工作中都有一定程度的发热，对于一些精密电子仪器来说，热干扰必须降到最低限度，否则，会严重影响电子仪器的运行。降低电子设备电路的热干扰可采取下面的方法：(1)对于那些容易发热的元器件不可贴电路焊接，可距离一定间隙，还可为此设计一个单元模块，安装在容易散热的位置。比如微机自带的电源、功率放大管等。(2)对于那些发热大功率器件一定安装在靠近电路板的边缘，并且在垂直方向上最好将其安装于电路板上面。(3)对温度敏感的电子器件最好放置于在低温区，决不能将其置于发热大的器件上方。(4)电路板上电子元器件位置与空气流通的要求，通常仪器设备排除热干扰主要靠自然风对流，所以元器件应以纵式排列。若强制散热，元件应该横着放置。此外，为了降温快安装一些与此设备无关的风扇、冷却管等。

　　3电路板布线干扰及抗干扰措施

　　首先电源引起的电磁干扰在整个系统中存在，电源电流都要最终汇集到电源线和地线上，所以电源和地的布线要尽量宽，以减小线路上电流的压降。同时可以在电源的两端并联一些滤波电容，起到稳定电源，滤除杂波干扰。一般电源线和地线应该平行布置，重要信号线应该两边平行布置地线，对于电路板两面的线尽量垂直布置，防止相互干扰。同时,连接去耦电容的导线应短些，高频旁路电容甚至没有导线。对于时钟、晶振和处理器时钟等的引入端的距离要相互靠近，还要远离一些低频电子元器件。

　　3.1电源线

　　(1)根据导线通过功率电流等的大小，来确定导线的宽度，在电路中尽量使导线宽些。(2)连接电源和地的线路走向必须符合信息传递的要求。(3)在电子仪器的电源输入端并联接入10uF到100μF之间的一些电容。(4)对于连接电源功率和信号的布线不能在电路板的一面，要不，只能将二者分开布线。

　　3.2去耦电容的设置

　　(1)在电路板集成芯片上电源与地线并联接0.01—0.1μF的一些去耦电容。(2)在一些抗干扰能力弱和关断电流变化显著的仪器，最好在电源和地间并联电容。(3)对于电路板上单片机的复位端上应该安装上0.01μF的电容。

　　3.3仪器上元件设置

　　(1)对于仪器电路板上通过电流小和电流大的线路应距离逻辑电路远些。(2)仪器设备的电路板应在壳体中远离发热量大的元器件，并且不能处在其正上方。

　　3.4其它措施

　　仪器设备总线的上拉电阻值在10K上下，这样可以减少干扰。仪器电路板上布线时应保持地址线长度一样，并且越短越好。去耦电容的取值可以参考经验公式：C=1/F，F为信息传输的频率。电路中不用的引脚由上拉电阻连接到电源上，或者并联在正在使用的引脚上。采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性。

　　4安装环境引入的干扰及对策

　　电子仪器安装在一些功率比较大的用电设备以及电力设施周围、潮湿易腐蚀性的环境、机械振动、静电环境[5,6]、强电环境、磁场周围等复杂环境中，就会引入各种干扰，可能使仪器仪表失灵甚至是损坏。首先用纳米液做防水处理，作用环氧树脂胶正面涂覆做防腐蚀处理。再者电路板用金属壳体包围，并做好可靠接地。最后仪器仪表最好安装时避免一些机械振动和强电磁等复杂环境中。电子控制仪表柜和大功率电机柜放置不能太近，但是由于便于集中操作管理，它们都放置在中央控制室，这样就必须在柜体之间要接地以减小干扰。电子仪器设备在传递信息的时候，根据信号能量及其种类来选择电缆铺设的方法。依据传递信息类型仪器电缆分层敖设于桥架上，并且不与电源电缆平行放置，同时电缆的屏蔽层接地于一处。若电缆的屏蔽层有两处接地，这样就会有电势差出现，在屏蔽层上就会有电流通过。如果突发情况下，比如遭遇雷击时，屏蔽线上的电流将会更大。检测仪器的传输信息线的屏蔽层应接地，连接在电子仪器仪表显示侧。控制线屏蔽层也应该接地，并且连接被控设备处。通常在电子仪器仪表周围较强的交变磁场都属于串模干扰，其会严重影响电子设备的低电平信号，在其作用下会有感生电动势产生。当这样的干扰信号与正常信号一起在电路上时，就很难将此干扰去除，但是可用下面的对策减小干扰。(1)双绞线。串模干扰是由于空间电磁耦合，双绞线可用来抗串模干扰，其可以让信号线回路形成包络面积急剧减小，并使各串模干扰产生的感生电动势抵消掉，从而减小了串模干扰产生的电磁感应。(2)静电屏蔽技术。电子仪器设备通常都处在静电场环境中，这样导体上的电势差为零的。但是要去除电磁场的干扰，就一定对于信号源和接收器件的屏蔽要做好，要隔离电磁场产生的干扰。通常为了仪器设备的稳定运行，一般把仪表信号用屏蔽线路引入管理控制室，特别对于那些远离管理控制室的现场仪器设备，如果仪器设备处在强的电磁干扰中，就必须使用双层屏蔽电缆。(3)信号滤波技术。对于电子仪器设备频率小的直流信号，应该在设备的输入端连接滤波电路。一般在电子仪器设备仪表的电路设计和软件算法中应用滤波技术，这样就基本上避免了一些异常干扰信号信号。

　　5软件指令带入的干扰及采取对策

　　由于实际上电子仪器受到干扰很多，并且不确定，只采用一些硬件抗干扰措施很难完全去除干扰。所以在采用硬件抗干扰措施的同时，再辅以软件抗干扰来提高电子设备的稳定性。主要采用冗余指令技术、跳转指令技术和程序监视定时器等措施消除干扰。

　　5.1冗余技术

　　冗余技术就是通过软件操作使程序避免程序出错，正确运行必须满足：主机一定要执行到运行的程序区，还要运行冗余程序。例如汇编语言中的空指令的使用，但是在程序实际执行过程中“冗余指令”太多，就会影响程序执行效率。5.2软件陷阱技术当由程序软件失控导致仪器设备运行到非程序区时，即程序运行跑偏。若在非程序区设置好“陷阱”指令，这样设备运行到陷阱中，程序又会通过这个**跳转到正常程序，使设备运行正常。

　　5.3定时器程序监视技术

　　由于干扰[7]电子仪器仪表的电路，导致设备程序的失控，或进入死循环，这样前面的技术就不起作用了，就可用定时器程序监视技术来去除干扰，就是程序中“看门狗”指令。“看门狗”连续进行监视程序的运行过程有没有超超出标准的时间，可以由此判断程序进入“死循环”与否，还可以对系统做出响应。

　　6结束语

　　本文分析了多种多样的仪器设备干扰及干扰抑制对策，但是没有任何理论及方法可以完全消除干扰。只能通过硬件和软件的方法最大程度地屏蔽阻断干扰，或者通过大量的工程实践验证最优的抗干扰方法。总之，要使电子仪器设备可靠稳定工作，必须做好接地措施，电路板布局接线合理，元器件选择恰当，安装环境稳定，软件友好。只要做好这些措施，电子仪器设备对就可以稳定地工作。

　　参考文献

　　[1]徐丽青,史志伟,余华武,等.电子式电流互感器模拟积分器的抗干扰设计[J].华电技术，2016,38(5):1-7.

　　[2]薛金水,夏胜权.基于单片机的变频空调系统硬件抗干扰技术研究[J].制冷与空调,2017,31(1):58-63.

　　[3]梁振光,杨明远.传输线脉冲发生器研制及其对电路板抗静电放电干扰的测试[J].高电压技术,2015,41(5):1610-1617.

　　阅读期刊：光谱仪器与分析

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