系统设计中的抗干扰技术
- 虚拟仪器系统的工作环境通常比较复杂，由于噪声和干扰的影响，对于精确测量非常不利，甚至无法进行正常测量。一般对于来源于系统内部的称为噪声，来源于系统外部的称为干扰。由于两者往往共同作用，一般应用中，通称为噪声或是干扰。本书对两者没有区分。
- 噪声的定义
- 抑制噪声的基本原则
- 抗干扰技术总述
- 干扰的分类及其抑制措施
噪声的定义
- 噪声是一种有害的信号，混杂在接收的信号当中，那些不希望和不愿意得到，却无法回避的成分；噪声存在于器件、电路、仪器设备和通信信道当中的一些不规则信号，其中没有任何有用的信息；它影响信号在信道中的传输或者使信号在接收端发生畸变。总之，在物理学和电子学研究中，所有器件、电路、设备或通信信道中存在不附带任何有用信息的不规则信号或是随机波动称为电子电路噪声，简称噪声。
- 噪声一词其实是从声学中借用的术语，这也是经常会把电噪声和声学噪声混淆的原因。
- 声学噪声是指听不懂的、嘈杂刺耳、引人不快、不和谐的声音。由于电噪声在音频范围内可以通过电声器件转换为声学噪声，故也称它为噪声。当然，电噪声不只是存在于音频范围，其频率范围是相当宽广的。
噪声的分类
噪声大致可以分成自然噪声和人为噪声两类：人为噪声主要来自电器设备（例如电动机起动或停止，接触不良的开关等）；自然噪声是指宇宙辐射、大气噪声以及前面提到的电子电路噪声。
上图噪声体系图，由于噪声的种类众多，其中只是列出了有代表性的几种。
抑制噪声的基本原则
形成干扰的条件有三个：
（1）向外发送干扰的源—噪声源；
（2）传递干扰的途径—噪声耦合和辐射；
（3）承受干扰（对噪声敏感）的客体—受扰设备。
为保证某系统在特定的电磁环境中免受内外干扰，必须从设计阶段起便采取三方面的抑制措施：
（1）抑制噪声源，直接消除干扰原因，这是应该首先采取的措施；
（2）消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射，切断各类干扰的传递途径，或者提高传递途径对干扰的衰减作用；
（3）加强受扰设备抵抗干扰的能力，降低其对噪声的敏感度。这也是抑制干扰的原则之一。
抗干扰技术总述
在多年积累的经验中，有很多种有效抑制干扰的好方法，例如：对噪声源可以采用滤波、阻尼、屏蔽、去耦等手段；对噪声传递途径可以采用隔离、屏蔽、阻抗匹配、对称和平行配线及电路去耦等多种措施；对受扰设备可以采用提高信噪比、增大开关时间、提高功率等级、采用精密电源和信号滤波等多种方式。
最基本的噪声抑制措施
（1）用电路和器件抑制干扰。举例来说，电路中的继电器、接触器、制动器等感性负载发生的反电动势可用并联二极管，或接入RC电路等办法加以抑制，此二极管和RC电路便是抑制噪声的器件和电路。这类器件和电路很多，如浪涌吸收器、切断噪声变压器、旁路电容器、隔离变换器、光电耦合器、施密特触发器、分流电路、积分电路等，这些电路对于消除高频干扰非常有效。
（2）滤波。滤波器是用由集中参数或分布参数的电阻、电感、和电容构成的网络，把叠加在有用信号上的噪声分离出来。用无损耗的电抗元件构成的滤波器能阻止噪声通过，并把它反射回信号线；用有损耗元件构成的滤波器能将不期望的频率成分吸收掉。在抗干扰措施中用得最多的是低通滤波器(Low Pass Filter)。设计滤波器时，必须注意电容、电感等元器件的寄生特性，以避免滤波特性偏离预期值。滤波器对抑制感性负载瞬变噪声有很好的效果，电源输入端接入滤波器后能降低来自电网的电磁干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环、它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。
（3）屏蔽。屏蔽是通过各种屏蔽物体对外来电磁干扰的吸收或反射作用来防止噪声侵入；或相反，将设备内部辐射的电磁能量限制在设备内部，以防止干扰其它设备。用良导体制成的屏蔽体适用于电屏蔽；用导磁材料制成的屏蔽体适用于磁屏蔽。屏蔽体类型很多，有金属隔板式、壳式、盒式等实芯型屏蔽，也有金属网式的非实芯型屏蔽，还有电缆等用的金属编织带式屏蔽。屏蔽材料的性能、材料的厚薄、辐射频率的高低、距辐射源的远近、屏蔽物体有无中断的缝隙、屏蔽层的端接状况等都直接影响屏蔽效果。
对抑制电磁干扰，屏蔽起着和滤波同等重要的作用，是抗干扰技术必须研究的重要课题，并且屏蔽、滤波和下面将叙述的（5）接地技术紧密相关。就屏蔽、滤波和接地三者对抑制电磁干扰的作用来看，如果滤波和接地两项处理得很好的话，则有时可降低对屏蔽的要求，或有时甚至不必要再进行屏蔽。当然，对具体的电路和设备而言，是否需要采取屏蔽措施，和要求达到何种程度的屏蔽效果，以及与滤波和接地怎样配合使用等，这些问题应该根据具体设备的空间条件，系统内外的环境条件，滤波器件和屏蔽器材所花费用等多种因素综合可考虑，力求制造成的电子系统即经济实惠，又稳定可靠。
（4）布线。合理布线是抗干扰措施中的又一重要方面。导线的种类、线径的粗细、走线的方式、线间的距离、导线的长短、捆扎或绞合、屏蔽方式以及布线的对称性等都对导线的电感、电阻和噪声的耦合有直接影响，具体情况将在后面各章结合实际电路加以讨论。电子设备中器件的布局、滤波器、屏蔽导线的接地点和地线等的走线方式也全在走线合理的条件下才能发挥出预期的作用，构成和电磁兼容性要求相符合的整机和系统。
（5）接地。这是系统结构、电路设计、设备组装以及现场安装等过程中的又一重要环节。通常，接地的目的有两个：一是预防触电，保证操作人员的安全；二是为电子设备或系统提供基准电位。前者叫安全接地，后者叫功能性接地。
很多电子设备和系统含有多种电路、部件、组件和装置，它们的性质复杂多样，有些装置的布局分散，须把各级电路和结构件的接地线划分成信号地、控制地、电源地和安全接地等；还应根据具体设备的设计目标决定分别采用一点接地、多点接地和混合接地方式。为避免出现接地环路，必要时还要采用隔离技术。总之，妥善处理接地线路的连接和敷设是提高电子设备和系统抗干扰性能的有效手段。一个完善的接地系统必须从设备的最初设计阶段开始直到它的安装施工的整个过程中对各个环节审慎从事才能完成。
（6）其他。除上述措施外，在电子线路设计中，注意采用平衡或对地对称电路，往往能免除多种干扰；采取电位隔离或空间隔离措施，对于电平相差悬殊的有关电路是预防外界干扰的有效方法。此外，电路去耦、阻抗匹配、电子逻辑器件的防静电等全是抗干扰技术的组成部分。
