测试系统中干扰及其形成机理
路,形成干扰源。
对于平行导线,由于分布电容较大,容性耦合较严重。在图3(a)中,导线1和导线2是两条平行线,C1和C2分别是各线对地的分布电容,C12是两线间分布的耦合电容,V1是导线1对地电压,R是导线2对地电阻。由图3(b)等效电路可得导线1电压通过耦合导线2上产生的电压V2为:
当R>>1/jω(C12+C2)时,式(1)可简化为:
V2=C12V1/(C12+C2)(2)
此时V2按电容分压,这种耦合情况是严重的。
当R<<1/jω(C12+C2)时,则式(1)可简化为:
V2=jωC12RV1(3)
由式(1)、(2)、(3)可知,容性耦合干扰随着耦合电容的增大而增大。
2.3.2感性(磁性)耦合
当干扰源是以电流形式出现的,
此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。图4是互感耦合示意图,两邻近导互之间存在分布互感M,M=φ/I1(其中,I1是流过导线1的电流,φ是电流I1产生的与导线2交线的磁通),由互感耦合在导线2上形成的互感电压为V2=2ωMI1,此电压在导线上是串联的。从式中可知V2与干扰的频率和互感量成正比。
2.4测试系统内部的其它干扰
测试系统由于设计不良或某些器件在工作时会形成干扰。这些内部干扰一般比较微弱,但对于小信号高精密测试系统来说却不可忽视。
2.4.1温差电势
当电流回路的导线采用不同的金属,并且在连接处具有不同的温度时,则在回路内将产生温差电势。在图5中,如一支路R为康铜,另一支路RL为铜,则温差电势V0=V01-V02=1~100μV,此电势将叠加到测量电压Vm上,使得终结果为Vm+V0。
2.4.2电阻热噪音
热噪音是电阻一类导体由于电子布朗运行而引起的噪音。导体中的电子始终在作随机运行,并与分子一起处于平衡状态。电子的这种随机运行将会产生一个交流成份,这个交流成份就称为热噪音(或称为电阻噪音)。热噪音可用尼奎斯特公式计算,其中k为波尔兹曼常数,k=1.3804×10-23J/K,T为绝对温度(K),R为电阻值(Ω),Δf为所考虑的频带(Hz)。当T=300K,R=1MΩ,Δf=400Hz时,热噪音电压。
2.4.3转接干扰
电路转接过程中通常会产生干扰脉冲,此干扰脉冲又可能引起另一次不希望的转接过程。这种转接过程脉冲一般可用接上电容或二极管来减小。
2.4.4微音干扰
机械颤动、接触电阻的变化或电缆电容(或电感)的变化,均会产生微音干扰。
2.4.5压电效应干扰
弯折电缆时,若介质中产生机械力,就会引起压电效应干扰。例如,感应电荷为Q=10-10A·s,电缆电容率C/L=100pF/m,电缆长度L=5m,电缆电容C=500pF,则弯折电缆时产生的电压为:
V=Q/C=10-10/(5×100×10-12)=200(mV)
弄清楚干扰源是首要条件,否则抗干扰措施都无从下手。为达到抑制干扰的目的,本文所着重 《测试系统中干扰及其形成机理(第3页)》
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对于平行导线,由于分布电容较大,容性耦合较严重。在图3(a)中,导线1和导线2是两条平行线,C1和C2分别是各线对地的分布电容,C12是两线间分布的耦合电容,V1是导线1对地电压,R是导线2对地电阻。由图3(b)等效电路可得导线1电压通过耦合导线2上产生的电压V2为:
当R>>1/jω(C12+C2)时,式(1)可简化为:
V2=C12V1/(C12+C2)(2)
此时V2按电容分压,这种耦合情况是严重的。
当R<<1/jω(C12+C2)时,则式(1)可简化为:
V2=jωC12RV1(3)
由式(1)、(2)、(3)可知,容性耦合干扰随着耦合电容的增大而增大。
2.3.2感性(磁性)耦合
当干扰源是以电流形式出现的,
此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。图4是互感耦合示意图,两邻近导互之间存在分布互感M,M=φ/I1(其中,I1是流过导线1的电流,φ是电流I1产生的与导线2交线的磁通),由互感耦合在导线2上形成的互感电压为V2=2ωMI1,此电压在导线上是串联的。从式中可知V2与干扰的频率和互感量成正比。
2.4测试系统内部的其它干扰
测试系统由于设计不良或某些器件在工作时会形成干扰。这些内部干扰一般比较微弱,但对于小信号高精密测试系统来说却不可忽视。
2.4.1温差电势
当电流回路的导线采用不同的金属,并且在连接处具有不同的温度时,则在回路内将产生温差电势。在图5中,如一支路R为康铜,另一支路RL为铜,则温差电势V0=V01-V02=1~100μV,此电势将叠加到测量电压Vm上,使得终结果为Vm+V0。
2.4.2电阻热噪音
热噪音是电阻一类导体由于电子布朗运行而引起的噪音。导体中的电子始终在作随机运行,并与分子一起处于平衡状态。电子的这种随机运行将会产生一个交流成份,这个交流成份就称为热噪音(或称为电阻噪音)。热噪音可用尼奎斯特公式计算,其中k为波尔兹曼常数,k=1.3804×10-23J/K,T为绝对温度(K),R为电阻值(Ω),Δf为所考虑的频带(Hz)。当T=300K,R=1MΩ,Δf=400Hz时,热噪音电压。
2.4.3转接干扰
电路转接过程中通常会产生干扰脉冲,此干扰脉冲又可能引起另一次不希望的转接过程。这种转接过程脉冲一般可用接上电容或二极管来减小。
2.4.4微音干扰
机械颤动、接触电阻的变化或电缆电容(或电感)的变化,均会产生微音干扰。
2.4.5压电效应干扰
弯折电缆时,若介质中产生机械力,就会引起压电效应干扰。例如,感应电荷为Q=10-10A·s,电缆电容率C/L=100pF/m,电缆长度L=5m,电缆电容C=500pF,则弯折电缆时产生的电压为:
V=Q/C=10-10/(5×100×10-12)=200(mV)
弄清楚干扰源是首要条件,否则抗干扰措施都无从下手。为达到抑制干扰的目的,本文所着重 《测试系统中干扰及其形成机理(第3页)》