附录三计算机抗干扰技术.doc

第三章 计算机抗干扰技术

所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。工业控制计算机的工作环境恶劣，干扰频繁。干扰将影响计算机控制系统的可靠性和稳定性，给系统调试增加了难度。干扰是客观存在的，研究干扰的目的是抑制干扰进入计算机。为此，必须分析干扰的来源，研究对于不同的干扰源采用哪些相应的行之有效的一直或消除干扰措施；除此之外，为了提高系统的看干扰能力，应当重视接地技术和供电技术。这些就是本章将要讨论的内容。

3.1 干扰的来源和传播途径

干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的。对于计算机控制系统来说，干扰既可能来源于外部，也可能来源于内部。外部干扰是指那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰；而内部干扰则是由系统结构、制造工艺等所决定的。
外部干扰主要是空间电场或磁场的影响。例如，输电线和电气设备发出的电磁场，通信广播发射的无线电波，太阳或其他天体辐射出的电磁波，空中雷电，火花放电、弧光放电、辉光放电等放电现象，甚至气温、湿度等气象条件。
内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰，设置元器件产生的噪声干扰。
从机理上看，外部干扰和内部干扰的物理性质相同，因而消除或抑制它们的方法没有本质上的区别本节首先分析干扰传播途径，然后讨论三类常见干扰，即串模干扰、共模干扰和长线传输干扰。

3.1.1 干扰传播途径

在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干扰，以及高压输电线周围交变电磁场的影响等。典型的计算机控制系统的干扰环境可以用图3.1来表示。干扰传播途径主要有以下几种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。

图3.1 干扰环境
1． 静电耦合
静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根导线之间、电路板上各引线之间、变压器线匝之间和绕组之间都会构成电容。既然有分布电容存在，就可以对ω频率的干扰信号提供1/jωC的电抗通道，电场干扰就可以取道窜入。
图3。2给出两根平行倒替之间电容耦合的表示方法及等效电路。图中C12是导体1和导体2之间的分布电容的综合，C1g 和C2g是导体1和导体2分贝对地的总电容，R是导体2对地电阻。如果导体1上有干扰源V1存在，导体2为接受干扰的导体，则导体2上出现的干扰电压Vn为
(3.1.1)

图3.2 两平行导体间的电容耦合

当导体2对地电阻R很小，使jωR(C12+ C 2g)远小于1时，式（3.1.1）可近似表示为
Vn=jωRC12V1 (3.1.2)
这表明干扰电压Vn与干扰源频率ω和幅值V1、输入阻抗R、耦合电容C12成正比关系。
当导体2对地电阻R很大，使jωR(C12+ C 2g)远大于1时，式（3.1.1）可以近似表示为
(3.1.3)
在这种情况下，干扰电压Vn由电容C12和C2g的分压关系及V1所确定，其幅值比前种情况大得多。

2. 磁场耦合
空间磁场耦合是通过导体间互感耦合近来的。在任何载流导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场会对其周围闭合电路产生感应电势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁会引起干扰；在设备外部，当两根导体线平行架设时，也会产生干扰，如图5.3所示。这是由于感应磁场引起的耦合，其感应电压Vn为
Vn=jωＭＩ1 (3.1.4)
其中，ω为感应线磁场交变角频率，Ｍ为两根导线之间的互感，Ｉ1为导线1中的电流。

图3.3 两平行导体间的磁场耦合

为了使读者对干扰电压有个量的概念，现举例说明。设某信号线与电压为220VΑС、负荷为10kVA输电线的距离为1m，并平行走线10m ，两线之间互感为4.2μＨ，按式(3.1.4)计算出信号线上感应的干扰电压Vn为

电磁场辐射也会造成干扰的耦合.当高频电流流过导体时,在该导体周围产生向空间传播的电磁波.此时整个空间充满了从长波到微波范围的电磁波,一般称为无线电波干扰.这些干扰极易通过电源线和长信号线耦合到计算机中.另外,长信号线具有天线效应,即能辐射干扰波或接受干扰波.当作为接受天线时,它与电磁波的极化面有密切的关系.例如,在大功率的广播发射台周围,当垂直极化波的电场强度为100 mV时,长度为10cm的垂直导体 产生5 mV的感应电动势,这是一个客观的数字.

3. 公共阻抗耦合
公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路.例如,在计算机中,总是通过汇流条将电源引入,又将返回信号引入地线.汇流条不可能是理想的(Rb=0,Lb=0,Cb=∞),实际上它也有一定的电阻和电感.当流过较大的数字信号电流时,它的作用有如一根天线。同时,各汇流条之间具有电容,数字脉冲可以通过这个电容耦合过来。印刷电路板上的“地”，实质上就是公共回流线，由于它仍然有一定的带内阻，各电路之间就通过它产生信号偶合，如图3.4所示。在一块印刷线路板上各电路有公共电源线，各独立电路回流通过公共回流线电阻Ｒpi和Ｒni(i=1，2，…，n)产生压降

它们分别耦合进各级电路形成干扰。对于有N个机柜的计算机系统也有这样的问题。

图3.4 公共电源线的阻抗耦合

如果系统的模拟喜好和数字信号不是分开接地的，如图3.5（a）和（b）所示，则数字信号就会耦合到模拟信号中去。图3.5中模拟信号和数字信号是分开接地的，两种信号分别流入大地，这样就可以避免干扰，因为大地是一个无限吸收体。

图3.5 公共地线的阻抗耦合

3．1．2 串模干扰

所谓串模干扰，就是串联于信号源回路之中的干扰，也称横向干扰或正态干扰。其表现形式如图3.6（a）所示，其中Vs为信号源，Vn为叠加在Vs上的串模干扰。在图3.6（b）中，如果临近的导线（干扰线）中有交变电流Ｉa流过，那么由Ｉa产生的电磁干扰信号就会通过分布电容C1和C2的耦合，引入放大器的输入端。
产生串模干扰的原因有分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合以及50Ｈz的工频干扰等。

图3.6 串模干扰

3．１．３　　共模干扰

在计算机控制系统中，计算机的地、信号放大器的地以及现场信号源的地之间，通常要相隔一段距离，少则几米、多则十几米以至几百米。在两地之间往往存在着一定的电位差V c,如图37(a)所示。这个Vc对放大器产生的干扰，称为共模干扰，也称纵向干扰或共态干扰。其一般表现形式如图3.7（b）所示，其中Vs为信号源，Vc为共模电压。这种干扰可以是支流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决与现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。

图3.7 共模干扰

共模电压Vc对放大器的影响，实际上是转换成串模干扰的形式而加入到放大器输入端。图3.8分别就放大器为单端输入和双端输入两种情况表示共模电压是如何引入输入端的。
当放大器为单端输入时，由共模电压Vc引入放大器输入端的串模干扰电压Vn1为
(3.15)
其中Ｚs为信号源内阻，Ｚr为放大器输入阻抗。
因为
Ｚr>>Ｚs
所以，　　　　　　　　　 (3.1.6)
显然，Ｚs越小，Ｚr越大，则越有利于提高抗共模干扰的能力。

图3.8 单端和双端输入时共模电压的引入

当放大器为双端输入时，由共模电压Vc引入放大器输入端的串模干扰电压Vn2为
　 (3.1.7)
其中，Ｚs1、Ｚs2为信号源内阻，Ｚc1、Ｚc2为放大器输入端对地的漏阻抗。因为
　　　 Ｚc>>Ｚs1、Ｚc2>>Ｚs2
所以
　　　　　　 （3.1.8）
为了提高抗共模干扰的能力，信号引入线要尽量短，Ｚc1和Ｚc2则要尽量大，而且阻值要相等。理论上，若
(3.1.9)
则Vn2=0。由此可见，双端输入时，抗贡摸能力很强。
为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR（commonrejection ration）来表示，即
　　　　　　　　 (3.1.10)
其中，Vc是共模干扰电压，Vn是由Vc转化成的串模干扰电压。显然，单锻输入方式的CMRR较小，说明它的共模抑制能力较差；而双端输入方式，由Vc引入的串模干扰电压Vn较小，CMRR较大，所以抗共模干扰能力很强。

3．1．4 长线传输干扰

计算机控制系统是一个从生产现场的传感器到计算机，再到生产现场执行机构的大系统。由生产现场到计算机的连线往往长达几十米，甚至数百米。即使在中央控制室内，各种连线也有几米到十几米。由于计算机采用高速集成电路，致使长线的“长”是相对的。这里所谓的“长线”其长度并不长，取决于集成电路的运算速度。例如，对于毫微秒级的电路，几米长的连县才可以当作长线处理。
信号在长线中传输会遇到三个问题：一是长线传输易受到外界干扰，二是具有信号延时，三是高速变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。
当信号在长线中传输时，由于传输线的分部电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；另外，如果传输线的终端阻抗与传输线始端时，如果始端阻抗也不匹配，那么当入射波到达终端时，便会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端阻抗也不匹配，也会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使信号波形严重地畸变，并且引起干扰脉冲。关于波反射的理论分析请参考有关资料。

3．2 干扰的抑制

干扰是客观存在的，研究干扰的目的是抑制干扰进入计算机，采取各种预防措施尽量减少干扰对计算机控制系统的影响。干扰的来源是多方面的，按干扰的作用方式不同，可以分为串模干扰、共模干扰和长线传输干扰三类。因此，本节主要研究这三类干扰的抑制措施。

3．2．1 共模干扰的抑制

共模干扰产生的主要原因是不同“地”之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰的抑制措施主要有以下三中：变压器隔离，光电隔离，浮地屏蔽。
1． 变压器隔离
利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压Vc不成回路，从而抑制了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，切断两部分的地线联系。
在图3.9中，被测信号Vs经放大后，首先通过调治器变换成交流信号，经隔离变压器B传输到副边然后用调节器再将它变换为支流信号Vs2，再对Vs进行A/D变换。

图3.9 变压器隔离

2． 光电隔离
光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，发光二极管两端为信号输入端，光敏三级管的集电极和发射机级作为光电耦合器的输出端，她们之间的信号传输是靠发光二级管在信号电压的控制下发光，传诵给光抿敏三级管来完成的。
光电耦合器有以下几个特点：首先，由于是密封在一个管壳内，或者是模压塑料封装的，所以不讳受到外界光的干扰。其次，由于是靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系。第三，发光二级管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入端的干扰信号就变得很小。第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不 晶体管对干扰信号那样灵敏，而光电耦合器的发光二级管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二级管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。此外，光电耦合器提供了较好地满足工业过程控制信号传输速度的要求。
在图3.10中，模拟信号Vs经放大后，再利用光电耦合器的线性区，直接对模拟信号进行光电耦合传送。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性校正措施，否则将产生较大的误差。另外，光电隔离前后两部分电路应分贝采用两组独立的电源。

图3.10 光电隔离

光电隔离与变压器隔离相比，实现起来比较容易，成本低,，体积也小。因此，在计算机控制系统中光电隔离得到广泛的应用。
３．浮地屏蔽
在图3.11（a）中，采用单层评比双线采样（S1，S1）浮地隔离式放大器，或双层评比三线采用（S1，S1 ，S1）浮地隔离式放大器来抑制共模干扰电压。这种方式之所以具有较高的抗共模干扰能力，其实质在于提高了共模输入阻抗，减少了共模电压在输入回路中引起的共模电流，从而抑制共模干扰的来源，其等效电路如图3.11(b) 所示.。

图3.11 浮地三线切换

　在图3.11(b)中，Ｚs1、Ｚs2为信号源内阻，Ｚs3为信号线的屏蔽层电阻，Ｚc1、Ｚc2为放大器输入级对内屏蔽层阻抗，Ｚc3达到数十ΜΩ以上，这样模拟地和数字地之间的共模电压Vc就不会直接引入放大器，而是先经Ｚs3和Ｚc3产生共模电流Ｉ3。由于Ｚs3较小，故Ｉ3在Ｚs3上的压降Vs3也很小。可把它看成一个已受到抑制的新的共模干扰源Vn1，即
　 (3.2.1)
　　Ｚc3》Ｚs3
所以
　　　 (3.2.2)
Vn1通过Ｚs1，Ｚc1和Ｚs2，Ｚc2分别形成回路，产生共模电流Ｉ1，Ｉ2，并在Ｚs1和Ｚs2上产生干扰电压Vs1和 Vs2。这时放大器输入端间所受到的共模电压的影响Vn2即为Vs1和 Vs2之差值，即
　　　　　 (3.2.3)

因为 　　　　　　Ｚc1>>Ｚs1，Ｚc2>>Ｚs2
所以 　　　　　　 (3.2.4)
如果无内屏蔽层，而采用单层屏蔽双线采样浮地隔离式放大器，则放大器输入端间所受到的共模电压的影响Vn3为
　　　　 (3.2.5)
将式（3.2.5）与式（3.2.4）比较可知，此时对共模干扰的抑制能力降低了Ｚs3/Ｚc3倍。因此，双层屏蔽三线采样比单层屏蔽双线抗干扰能力强

3．2．2 串模干扰的抑制

对串模干扰的抑制较为困难。因为干扰Vn直接与信号Vs串联，只恩能从干扰信号的特性和来源入手，分别不同情况采取相应措施。

1． 用双绞线作信号引线
串模干扰主要是来源于空间电磁场干扰，采用双绞线作信号线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。用这种方法可使干扰抑制比达到几十dB，其效果见表3.2.1。为了从根本上消除产生串模干扰的原因，一方面对测量仪表进行良好的电磁屏蔽，另一方面应选用带有屏蔽层的双绞线作信号线，并应有良好的接地。
表3.2.1 双绞线距对串模干扰的抑制效果

节距/mm
干扰褒减比
屏蔽效果/dB
100
14：1
23
75
71：1
37
50
12：1
41
25
141：1
43
平行线
1：1
0

2． 滤波
采用滤波器抑制串模干扰是最常用的方法。根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，决定选用具有低通、高通、带通等传递特性的滤波器。一般采用电阻R、电容C、电感L等无源元件构成无源滤波器，其缺点是信号有较大的衰减。为了把增益和频率特性结合起来，可以采用以反馈放大器为基础的有源滤波器。这对于小信号尤其重要。它不仅可提高增益，而且可提供频率特性，其缺点是线路复杂。
在过程控制对象中，串模干扰都比被测信号变化快故常用无源阻容低通滤波器，如图3.12所示；或采用有源低通滤波器，如图3.13所示。

图3.13 有源低通滤波器

3．2．3 长线传输干扰的抑制

采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波发射或者把它抑制到最低限度。
１． 终端匹配
为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的波阻抗Ｒp,波阻抗的测量如图3.14所示。调节可变电阻Ｒ，并用示波器观察电路Ａ的波形，当达到完全匹配时，即Ｒ＝Ｒp时，电路Ａ输出的波形不畸变，反射波完全消失，这时的Ｒ值就是该传输线的波阻抗。

图3.14 测量传输线波阻抗

为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线和同轴电缆作信号线。双绞线的波阻抗一般在100Ω至200Ω之间，绞花愈密，波阻抗愈低。同轴电缆的波阻抗约50Ω至100Ω。根据传输线的基本理论，无损耗导线的波阻抗Ｒp为
(3.2.6)

其中，Ｌ0为单位长度的电感[Ｈ]，Ｃ0为单位长度的电容[Ｆ]。
最简单的终端匹配方法如图所示。如果传输线的波阻抗是Ｒp，那么当Ｒ＝Ｒp时，便实现了终端匹配，消除了波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间上迟后。由于终端电阻变低，则加大负载，使波形的高电平下降，从而降低了高电平的抗干扰能力，但对波形的低电平没有影响。
为了克服上述匹配能力方法的缺点，可图3.15（b）所示的终端匹配方法。其等小电阻Ｒ为
(3.2.7)
适当调整Ｒ1和Ｒ2的阻值。可使Ｒ＝Ｒp。这种匹配方法也能消除波反射，优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，可选取Ｒ1＝Ｒ2＝２Ｒp，此时等效电阻Ｒ＝Ｒp。实践中宁可使高电平减低得稍多点，而让低电平抬高得少点，可通过适当选取电阻Ｒ1和Ｒ2，使Ｒ1>Ｒ2达到此目的，当然还要保证等效电阻Ｒ＝Ｒp。

图3.15 终端匹配

２． 始端匹配
在传输线始端串入电阻Ｒ，如图3.15所示，也恩能够基本上消除拨社，达到改善波形的目的。一般选择始端匹配电阻Ｒ为
　　　　　Ｒ＝Ｒp－Ｒsc　　　　（3。２。８）
其中，Ｒsc为电路Ａ输出低电平时的输出阻抗。

图3.1 始端匹配

这种匹配方法的优点是波形的高电平不变，缺点是波形低电平会抬高。其原因是终端电路Ｂ的输入电流Ｉsc在始端匹配电阻Ｒ上的压降所造成的。显然，终端所带负载电路个数越多，则低电平抬高得越显著。

3．2．4 信号线的先则和敷设

在计算机控制系统中，如果能合理地选择信号线，并在实际施工中又能正确地敷设信号线，那么可以抑制干扰；反之，将会给系统引入干扰，造成不良影响。

１． 信号线的选择
对信号线的选择，一般应从使用、经济和抗干扰这三个方面考虑，而抗干扰能力则应放在首位。不同的使用现场，干扰情况不同，应选择不同的信号线。在不降低抗干扰能力的条件下，应该尽量选用价钱便宜，敷设方便的信号线。
(1)号线类型的选择
对信号精度要求比较高，或干扰现象比较严重的现场，采用屏蔽信号是提高抗干扰能力的可行途径。表3.2.2列出几种电缆主要的屏蔽结构及其屏蔽效果.
表 3.2.2 屏蔽信号线性能

屏蔽结构
干扰衰减比
屏蔽效果/dB
特点
铜网
（密度85%）
103：1
40．3
电缆的可扰性好
（短距离敷设较好）
铜带叠卷
（密度90%）
376：1
51．5
带有焊药，便于接地
（通用性好）
铝聚酯树
酯带叠卷
6610：1
76．4
为便于接地，使用电缆沟
（抗干扰效果好）

（２）信号线粗细的选择
从信号线价格、强度及施工方便等因素出发，信号线的截面积在2mm²以下为宜，一般采用1.5 mm²和1.0 mm²两种。采用多股线电缆较好，其优点是可扰性好，适用于电缆沟有拐角和狭窄的地方。

２．信号线的敷设

选择了合适的信号线，还必须合理地进行敷设。否则，不仅达不到抗干扰的效果，反而会引起干扰。信号线的敷设要注意以下事项。
（1）拟信号线与数字信号线不能合用同一股电缆，绝对避免信号线与电源线合用同一股电缆。
（2）屏蔽信号线的屏蔽层必须一端接地，同时要避免多点接地。
（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，比如避免敷设在大容量变压器，电动机等电器设备的近旁。如果有条件，将信号线单独穿管配线，在电缆沟内从上到下依次架设信号电缆、直流电源、交流低压电缆、交流高压电缆。表5.2.3列出信号线和交流电力线之间最少间距，供布线时参考。

表3.2.3 信号线和电力线的最小间距

电力线容量

信号线和电力线的最小间距/cm
电压/V
电流/A
125
10
12
250
50
18
440
200
24
5000
800
≥48

（４）信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。如果由于现场条件有限，信号 电缆与电源电缆不得不敷设在一起时，则应满足以下条件：
① 电缆沟内要设置各隔板，切且使隔板与大地连接，如图3.7（a）所示。
② 电缆沟内用电缆架或在沟底自由敷设时，信号电缆与电源电缆间距一般应在15cm以上，如图3.17（b）、(c)所示。如果电源电缆无屏蔽，交流电压220V，电流10A时，两者间距应在60cm以上。
③ 电源电缆使用屏蔽罩，如图3.17（b）所示。

图3.17 信号线的敷设

3．3 接地技术

接地技术对计算机控制系统是极为重要的，不恰当的接地会造成极其严重的干扰，而正确接地却是抑制干扰的有效措施之一。接地的目的有二条，一是抑制干扰，使计算机工作稳定；二是保护计算机、电器设备和操作人员的安全。通常接地可分为工作接地和保护接地两大类。保护接地主要是为了避免操作人员因设备的绝缘损坏或下降时遭受触电危险和保证设备的安全。而工作接地则主要是为了保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰。本节所论述的地偏重于后者，首先分析地线系统，然后介绍地方法及其工程实现。

3．3．1 地线系统的分析

在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地，数字地，逻辑地，安全地，系统地，交流地。
模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，而且与生产现场连接。因此，必须认真地对待模拟地。
数字地作为计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。
模拟地和数字地通过接地板连接在一起，统称为电源逻辑地，如图5.18所示。
安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带点而影响人身及设备安全。通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。
系统地就是上诉几种地的最终回流点，直接与大地相连，如图5.18所示。众所周知，地球是导体而且体积非常大，因而其静电容量也非常大，电位比较恒定，所以人们把它的电位作为基准电位，也就是零电位。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至十几伏的电位差存在。另外，交流地也很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许与上诉几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。

图3.18 分别回流法接地示例

在计算机控制系统中，对上诉各种地的处理一般是采用分别回流法单点接地。模拟地、数字地、安全地（机壳地）的分别回流法如图3.18所示。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。在稍考究的系统中，分别使用横向及纵向汇流条，机柜内各层机架之间分别设置汇流条，以最大限度地减少公共阻抗的影响。在空间上将数字地汇流条与模拟地汇流条间隔开，以避免通过汇流秒度间电容产生耦合。安全地（机壳地）始终与信号地（模拟地、数字地）是浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于30mm²多股铜软线焊接在接地极上后深埋地下。关于接地极的要求及工程实现请参考有关资料。

3．3．2 输入系统的接地

在控制计算机的输入系统中，传感器、变送器和放大器通常采用屏蔽罩，而信号的传送往往使用屏蔽线。对于屏蔽层的接地要慎重，也应遵守单点接地原则。输入信号源有接地和浮地两种情况，接地电路也有两种情况。这样，不同的屏蔽接地方式会带来共同的抗干扰效果。在图3.19（a）中，信号源端接地，放大器端浮地，则屏蔽层应在信号源端接地（A点）。而图3.19（b）却相反，信号源浮地，放大器端接地，则屏蔽层应在放大器端接地（B点）。这样分情况接地是为了避免流过屏蔽层的电流，通过屏蔽层与信号线间的电容产生对信号线的干扰。一般输入信号比较小，而模拟信号又容易接受干扰。因此，对输入系统的接地和屏蔽应格外地重视。

图3.19 输入接地方式

高增益放大器常常用金属罩屏蔽起来，但屏蔽罩的接地要合理，否则，将引起干扰。放大器与屏蔽罩间存在寄生电容，如图3.20（a）所示。由图3.20（b）的等效电路可以看出，寄生电容Ｃ1和Ｃ2使放大器的输出端到输入端有一条反馈通路，如不将此反馈消除，放大器可能产生振荡。解决的方法就是将屏蔽罩接到放大器的公共端，如图3.20（c）所示。这样将寄生电容短路，从而消除了反馈通路。

图3.20 屏蔽罩接地公共端

3．3．3 主机系统的接地

计算机本身接地，同样是为了防止干扰，提高可靠性。下面介绍几种主机接地方式。

1. 全机一点接地
计算机的主机柜内采用图3.18所示的分别回流法接地方式。主机地与外部设备地连接后，采用一点接地，如图3.21所示。为了避免多点接地，各机柜用绝缘板垫起来。这种接地方式安全可靠，有一定的抗干扰能力，一般接地电阻选为4Ω至10Ω左右。接地电阻越小越好，但接地电阻越小，接地极的施工就越困难。

图3.21 全机一点接地

2. 主机外壳接地及机芯浮空
为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽罩接地，如图3.22所示。这种方法安全可靠，抗干扰能力强，但制造工艺复杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。

图3.22 外壳接地机芯浮空

3. 多机系统的接地
在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资源共享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工作。近距离的几台计算机安装在同一机房内，可采用类似图3.21那样的多机一点接地方法。对于远距离的计算机网络，多台计算机之间的数据通信，通过隔离的办法把地分开。例如，采用变压器隔离技术、光电隔离技和无线电通信技术。

3．4 供电技术

计算机控制系统一般由交流电网供电（220V AC，50Hz）。电网的干扰，频率的波动将之间影响到计算机系统的可靠性与稳定性。另外，计算机的供电不允许中断，如果电源中断，不但会使计算机丢失数据，而且会影响到生产。因此，必须采取电源保护措施，防止电源干扰，保证不间断供电。

3．4．1 供电系统的一般保护措施

计算机的一般供电系统如图3.23所示。为了抑制电网电压波动的影响而设置交流稳压器，保证220V AC供电。交流电网频率为50Hz，其中混杂了部分高频干扰信号。为此，采用低通滤波器让50Hz的基波通过，而滤波除高频干扰信号。最后由直流稳压电源给计算机供电，一般采用对电网电压的波动适应性强，抗干扰性能好的直流电源。

图3.23 计算机一般供电框图

3．4．2 电源异常的保护措施

计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断电源，将会影响生产。为此，可采用不间断电源UPS（uninterruption power supply），其内部有备用电池组。正常情况下由交流电网供电，同时给电池组充电。如果交流供电中断，则由备用电池供电。
UPS用电池组作为后备电源，供电时间有限。为了确保供电安全，可以采用交流发电机，或第二路交流供电线。
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