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馈线引入的干扰及电路隔离技术
杨忠旭
武汉职业技术学院机电工程学院 湖北省武汉市 430074
摘 要： 馈线是指一切载流导线，导线经过有干扰的环境时，以及相邻的馈线之间都会产生
干扰。消除或减少干扰的主要办法是隔离，本文对电路的各种隔离技术进行了详尽的分析讨论，提出了抑制干扰而采取的电气隔离的技术措施，以保证电气设备的正常工作。
关键词：馈线；干扰；电磁兼容；隔离技术
馈线是指一切载流导线，通常是电路或电源的正极线。导线经过有干扰的环境时，通过电磁感应拾取信号，并经导线传导到电路造成对电路的干扰；干扰线路（馈线）对邻近的线路（馈线）也会通过电磁耦合而形成干扰。解决的办法是对馈线进行隔离、滤波、屏蔽。电路隔离的目的是通过隔离元器件把噪声
干扰的传播路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。电路隔离分为：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。
一、模拟电路的隔离
模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。
一台模拟电子设备，通常包含供电系统，模拟信号产生、变换、传输和接收系统。而供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。模拟
信号产生、变换、传输和接收系统相对来说比较复杂，既要考虑其精度，频带宽度的因素，又要考虑其生产、使用的经济因素；对于高电压、大电流信号，一般采用互感器（电压互感器、电流互感器）隔离法，近年来，又出现了霍尔变送器，这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件；对于微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。
1.供电系统的隔离 （1） 交流供电系统的隔离
由于交流电网中存在着大量的谐波、雷击浪涌、高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离
变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起
到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，由于分布电容（绕组与铁心之间，绕组之间，层匝之间和引线之间）的存在，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的电磁兼容性。 随着技术的进步，
现已研制成功了专门抑制噪声的隔离变压器
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图3（a）外部输入与内部电路的隔离
图1（b）直流隔离
图1（a）交流侧隔离
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（NoiCutoutTransformer ，简称NCT ），这是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构，铁芯材料，形状及其线圈位置都比较特殊，它可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链，从而使差模噪声不易感应到二次侧，故这种变压器既能切断共模噪声电压，又能切断差模
噪声电压，是比较理想的隔离变压器。
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（2）直流供电系统的隔离
当电子电气设备的内部电路之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，其隔离方式如下：第一种是在交流侧使用隔离变压器，如图1（a ）所示；第二种是使用直流电压隔离器（即DC/DC 变换器），如图1（b ）所示。
2.模拟信号产生、变换、传输和接收系统的隔离心理管理
对于具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合，在模拟信号的测量中必须采取措施，使输入与输出完全隔离，彼此绝缘，消除噪声的耦合。隔离对系统有如下好处： 防止模拟系统干扰，尤其是电力系统的接地干扰进入逻辑系统，导致逻辑系统的工作紊乱；在精密测量系统中，防止数字系统的脉冲波动干扰进入模拟系统，尤其是前置放大部分，因为前置放大部分的信号非常微弱，较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没。
（1）高电压、大电流信号的隔离 高电压、大电流信号采用互感器隔离，其抑制噪声的原理与隔离变压器类似，这里不再赘述。互感器隔离的应用如图2（a ）所示。（2） 微电压、微电流信号的隔离 微电压、微电流模拟信号的隔离系统相对来说比较复杂，既要考虑其精度，频带宽度的因素，又要考
虑其价格因素。一般情况下，对于较小量的共模噪声，采用差动放大器或仪表放大器就能够取得良好的效果，但对于具有较大量的共模噪声，且测量精度要求比较高的场合，应该选择高精度线性隔离放大器。
二、数字电路的隔离
数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变
压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离。与模拟系统类似，一套控制装置，或者一台电子电气设备，通常所包含的数字系统有：数字信号输入系统，数字信号输出系统。数字量输入系统主要采用脉冲变压器隔离，光电耦合器隔离；而数字量输出系统主要采用光电耦合器隔离，继电器隔离，个别情况也可采用高频变压器隔离。
1.光电耦合器隔离
这种隔离方法是用光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来，如图3（a ）、（b ）所示。
目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV 以上，有些器件达到了8kV ，既有高压大电流大功
率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件（频率高达10MHz ）。
小城往事2.脉冲变压器隔离
脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pF ，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，因而在微电子技术控制系统中得到了广泛的应用。一般来说，脉冲变压器的信号传递频率在1kHz ～1MHz 之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz 。图4（a ）是脉冲变压器的示意图。脉冲变压器主要用于晶闸管（SCR ）、大功率晶体管（CTR ）、IGBT 等可控器件的控制隔离中。图4（b ）是脉冲变压器的应用实例。
3.继电器隔离
继电器是常用的数字输出隔离元件，用继电器作为隔离元件简单实用，价格低廉。下图是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。
三、模拟电路与数字电路之间的隔离
一般来说，模拟电路与数字电路之间的转换通过模数转换器（A/D ）或数模转换器（D/A ）来实现。
但是，若不采取一定的措施，数字电路中的高频振荡信号就会对模拟电路带来
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（b）线性隔离放大器
图2（a）互感器隔离电路
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作者简介
杨忠旭： （1968-），男，湖北随州人，中共党员，
高级实验师，武汉职业技术学院机电学院总支书记兼副院长。
一定的干扰，影响测量的精度。为了抑制数字电路对模拟电路带来的高频干扰，一般须将模拟地与数字地分开布线，参见图5（a ）。这种布线方式不能彻底排除来自数字电路的高频干扰，要想排除来自数字电路的高频干扰，必须把数字电路与模拟电路隔离开来，常用的隔离方法是在A/D 转换器与数字电路之间加入光电耦合器，把数字电路与模拟电路隔离开，参见图5（b ）。但这种电路还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题，仍然存在着一定的缺陷，这是因为信号电路中的共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，对于高精密测量的场合，还不能满足要求。对于具有严重干扰的测量场合，可采用图5（c ）所示的电路。
在该电路中，把信号接收部分与模拟处理部分也进行了隔离，因为在前置处理级与模数转换器（A/D ）之间加入线性隔离放大器，把信号地与模拟地隔开，同时在模数转换器（A/D ）与数字电路之间采用光电耦合器隔离，把模拟地与数字地隔开，这样一来，既防止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，又阻断了来自前置电路部分的共模干扰和差模干扰。当然，这种系统的造价较高，一般只用于高精度的测量系统中。
数模转换（D/A ）电路的隔离与模数转换（A/D ）电路的隔离类似，因而所采取的技术
措施也差不多，图5（d ）是数模转换（D/A ）电路的隔离方法之一。
参考文献：
[1] 蔡建国，杨忠旭.电子设备结构与工艺[M].
武汉：湖北科学技术出版社，2003.[2] 邱川弘.电子技术基础操作[M].北京：电子工业出版社，1998.
[3] 盛菊仪.电子产品的工艺管理及技术[M].北京：高等教育出版社，2000.
[4] 龚维蒸.无线电设备结构设计与工艺[M].天津：天津科学技术出版社，1983.
图5（c）双端隔离的数模转换电路
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图5（d） 单端隔离的数模转换电路
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4（b）脉冲变压器应用于开关电源中
图5（a）一点接地3月18日是什么星座
（b）单端隔离的数模转换电路
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图4（a）脉冲变压器手机触屏
图3（b）控制输出与外部电路的隔离
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