ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

В ЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ДРУГИЕ ТИПЫ ПОМЕХ Высокочастотные электромагнит- ные помехи наводятся от таких источ- ников, как радио и телевизионные пе- редатчики, мобильные и радиотелефо- ны, тиристорные преобразователи, коллекторные электродвигатели, элек- тросварочное оборудование, дисплеи компьютеров и сами компьютеры. По- мехи с частотой выше 100 кГц обычно находятся за границей частотного диа- пазона измерительных систем, однако высокочастотные помехи могут быть нежелательным образом выпрямлены или перенесены в область более низких частот по причине нелинейности ха- рактеристик диодов и транзисторов, расположенных на измерительной плате и внутри микросхем. В системах с очень высокой чувстви- тельностью могут наблюдаться паразит- ные напряжения, вызванные термоэле- ктрическим эффектом в контактах раз- нородных металлов, трибоэлектричест- вом, возникающим при трении диэлек- триков друг о друга, пьезоэлектричес- ким эффектом и эффектом электроста- тического или электромагнитного мик- рофона. Эти источники помех опасны тем, что встречаются редко, поэтому о них зачастую забывают. С ЧЕГО НАЧАТЬ На практике решение проблемы по- мех следует начинать с поиска их ис- точника. Для этого, в первую очередь, следует измерять уровень помех от- дельно в приемнике сигнала, в источ- нике и в соединительном кабеле. Для проверки приемника следует максимально коротким проводом со- единить его вход (или входы для диф- ференциального приемника) с выво- дом «земля» системы. Нельзя оставлять часть входов многоканальной системы незаземленной. На выходе при этом будут видны собственные шумы при- емника сигнала. Нужно убедиться, что уровень шумов соответствует специ- фикации на изделие. Если имеются расхождения, то вероятной причиной могут быть источники помех, воздей- ствующие непосредственно на плату измерительной части системы, или не- правильное подключение цепей пита- ния и заземления. Для их обнаружения можно попробовать изменить место- положение измерительной части. Для измерения уровня помех, наве- денных в кабеле, нужно подключить его к системе сбора данных и закоро- тить кабель со стороны источника сиг- нала, то есть имитировать нулевое вну- треннее сопротивление источника. Ес- ли уровень помехи будет сильно отли- чаться от её уровня в случае, когда ис- точник сигнала подключен, то причи- на может быть в недостаточно низком сопротивлении источника, и для его уменьшения следует использовать под- ходящий согласующий усилитель или выбрать более помехоустойчивый спо- соб передачи сигнала. Для оценки уровня помех источника его нужно соединить максимально ко- ротким проводом со входом приемника. Если источник помех заранее неиз- вестен, его поиску может помочь спек- тральный анализ помехи. Для увеличения точности передачи каждый сигнал должен передаваться витой парой в индивидуальном экране. При изготовлении витых пар для инду- стриальных применений особое значе- ние уделяется симметрии импедансов проводов в паре и равномерности их частотных характеристик в полосе ра- бочих частот. Равномерность характе- ристики позволяет выполнять компен- сацию асимметрии линий и тем самым уменьшать влияние паразитных наво- док. Для уменьшения паразитных на- водок, создаваемых на кабеле магнит- ной составляющей электромагнитного излучения, необходимо обеспечить минимально возможный шаг скрутки проводников в витой паре и минималь- ную площадь петель, образующихся при подключении витой пары к источ- нику и приемнику сигнала. При невысоких требованиях к точ- ности могут быть использованы витые или невитые сигнальные провода в об- щем экране. Однако в этом случае по- являются индуктивные и ёмкостные взаимовлияния проводников в кабеле, а также кондуктивные связи через об- щий провод заземления экрана. Если полоса частот сигнала меньше, чем полоса приемника, или если неко- торые параметры сигнала известны за- ранее, для уменьшения помех можно использовать аналоговые фильтры на входе системы. Для ослабления поме- хи с частотой 50 или 60 Гц обычно ис- пользуют фильтры третьего порядка, имеющие наклон АЧХ в полосе за- граждения –60 дБ на декаду. Если из- мерения производятся на частотах, близких к граничной частоте фильтра, следует учитывать погрешность коэф- фициента передачи фильтра в полосе пропускания. Дальнейшее ослабление помех воз- можно путем цифровой фильтрации. Однако она не может полностью заме- нить аналоговую в связи с тем, что ее возможности ограничены быстродейст- вием системы сбора данных, требуемым временем измерения и разрядностью аналогоцифрового преобразователя. З АКЛЮЧЕНИЕ К проблеме помехозащищенности систем индустриальной автоматизации следует относиться с максимальным вниманием, поскольку неправильный выбор схемы подключения, разводки кабелей, системы заземления и экра- нирования могут свести на нет досто- инства дорогой и, казалось бы, крайне надежной электронной части системы. В то же время правильное понимание описанных проблем позволит в ряде случаев достичь хороших результатов с применением относительно недорого- го оборудования. ● Авторы — сотрудники Research Laboratory of Design Automation (RLDA) Телефоны: (86344) 214-57, 224-23 75 СТА 1/2001 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е Р А Рис. 17. Вид помехи, соответствующий схеме включения рис. 16 а