控制计算机系统中的常见干扰及处理

◆石双全



控制计算机系统中的常见干扰及处理

◆石双全

（北京控制工程研究所 北京 100190）

本文通过介绍计算机系统中的常见干扰，分析了干扰的来源、途径及作用方式等，针对干扰不同的作用方式，指出了控制计算机硬件系统中的常见的几种抗干扰处理措施，可以为计算机使用单位制定具体的抗干扰措施提供依据。

干扰；干扰源；抗干扰技术

0 引言

随着科学技术的发展，计算机系统取得了快速的进步。凭借其精确、快速的计算和判断，计算机系统被广泛应用于各行业，现在的计算机系统约每3～5年更新一次，性能价格比成十倍地提高，体积大幅度减小。随着计算机的广泛应用，对计算机的干扰长期与计算机系统共存，严重影响到计算机系统的可靠性、稳定性和安全性，同时，还会对其他硬件设备造成影响。因此，研究计算机系统中的各种干扰，分析干扰产生的原因，找到解决计算机系统干扰的方法显得尤为必要。

1 计算机干扰系统的组成

计算机系统中的干扰是指超出计算机正常信号之外的能导致计算机系统不能正常运行的各种因素。产生干扰信号的设备称为信号源。计算机干扰系统是由干扰源、干扰途径以及作用对象三部分组成。

1.1 干扰的来源

（1）外部干扰

由于外部环境条件变化引起的干扰成为外部干扰。计算机系统常见的外部干扰有雷电干扰，比如在雷电恶劣天气中产生的干扰电波；太阳辐射干扰，比如太阳电磁辐射产生的干扰；电源的工频干扰；大地磁场产生的干扰；计算机周围用电设备产生的干扰等。

（2）内部干扰

计算机系统内部环境条件如布局排列不当、线路交叉错乱、内部构件损坏等产生的干扰称为内部干扰。计算机系统常见的内部干扰有长线传输的波反射；内部电容和电感产生的各种不良感应，比如耦合感应；多点接地造成的电位差引入的干扰等。

1.2 干扰的途径

影响计算机系统干扰传播的途径主要有公共阻抗耦合、磁场耦合和静电耦合。

（1）公共阻抗耦合干扰

由于计算机各回路间产生公共阻抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路，这种干扰方式称为公共阻抗耦合干扰。

公共耦合阻抗在计算机使用过程中比较常见，例如，电源插座的引线等。

（2）磁场耦合干扰

磁场耦合干扰是一种比较常见的干扰途径。带电导体的周围广泛分布着各种磁场，磁场是随着电流的变化不断变化的，变化的磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势，通过导体之间这种互感耦合作用引起干扰，就是磁场耦合干扰。在设备外部，平行架设的两根导线也会产生干扰。

（3）静电耦合干扰

静电耦合干扰是指干扰信号通过导线之间产生的分布电容进入计算机系统内，产生影响计算机正常运行的干扰信号。

静电耦合方式如图1所示。

图1 静电耦合方式

2 干扰的作用方式

计算机系统中常见干扰的作用方式主要有共模干扰、串模干扰和长线传输干扰。

2.1 共模干扰

共模干扰是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，可以是直流电压或者是交流电压。

计算机的地、信号放大器的地与现场信号源的地一般相隔一段距离，距离的两端在两个接地点之间产生一个电位差（Vc）,电位差往往会对计算机系统产生一种共模干扰，如图2。

图2 共模干扰示意图

对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式表现出来，如图3。

图3 两种输入方式时共模电压的引入

2.2 串模干扰

串模干扰是指各种干扰信号串联在信号回路中，与被测信号相加输入系统。串模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位。串模干扰作用示意图如图4。

图4 串模干扰示意图

2.3 长线传输干扰

在全过程的计算机系统中，无论是计算机产生作用信号到终端，还是终端产的信号到计算机，都经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输。对于高速信号传输的线路，即在高频信号电路中，需要多长的导线可作为长线，取决于电路信号频率的大小，在有些情况下，可能1米左右的线就应作为长线看待。

3 常见抗干扰技术

常见的抗干扰处理技术主要从电源系统抗干扰、传播过程的抗干扰以及接地技术抗干扰三方面入手。

3.1 电源系统的抗干扰技术

通过电源系统产生的干扰是最常见的计算机干扰，这种由于电源耦合作用产生的干扰信号占据整个系统干扰信息的大部分。因此必须加强对电源系统的保护，让电源系统稳定且不间断不受干扰的供电是处理计算机系统干扰的优先措施。

电源系统的抗干扰措施主要从供电方式、尖峰脉冲、漏电保护以及电源直流侧的处理等方面入手。

在供电方式上，保证计算机电源220v持续稳定供电。低通滤波器让50Hz的基波通过，而滤除高频干扰干扰信号。对于电源优先使用抗干扰强的开关电源。基于电源系统抗干扰的供电方式图5所示。

图5 计算机控制系统的供电方式

在对尖峰脉冲干扰的抑制方面，必须采取标本兼治、综合治理、多管齐下的方法。可以在交流电源输入端串入均衡器即干扰抑制器，来消除输入端的干扰信号；可以扩大计算机与周围用电设备直接的距离，使计算机系统远离干扰源；另外，可以有针对性地对大的用电设备采取专门消除脉冲干扰的措施。

在漏电保护方面，对直流电源电压监视可以使用专业的μP监控电路对计算机系统中的直流电源电压进行监控。现在已经有许多集成电路μP监控电路可供选择，它们具有很多种类和规格，同时也具有多种功能，如有的μP监控电路除电源监视外，还具有自动报警、复位、APP智能提醒等功能。

仅仅在电源系统的交流侧采取抗干扰措施是不够的，这样很难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要的抗干扰措施。常见的直流侧抗干扰措施有去耦法和增设稳压块法两种。

3.2 接地系统的抗干扰技术

计算机系统的抗干扰技术还包括接地系统的抗干扰。接地系统的抗干扰技术主要从主机系统的接地保护、输入系统的接地保护以及地线系统的接地保护入手。

接地系统的抗干扰主要是主机系统的接地抗干扰，主机系统的接地通常设置计算机主机外壳为绝缘保护层，其绝缘电阻不小于50MΩ，通过外壳把计算机内部的各组件与外部设备绝缘。主机系统的接地保护如图6。

图6 主机与外部设备的一点接地方式

输入系统的接地通常是在输入通道内使用屏蔽设备对各种传感器和信号模拟器等设备进行屏蔽，同时，使用专业有屏蔽作用的信号线输入输出信号。

3.3 过程通道的抗干扰技术

过程通道的信号干扰是由于干扰从干扰源沿着过程通道与计算机之间的公共地线侵入到计算机的各输入装置。因此，一方面要控制公共地线发出的各种干扰；另一方面选择具有较强抗干扰能力的输入设置，阻止干扰信号进入计算机。

（1）串模干扰的抑制

串模干扰信号和有效信号相互串联，叠加在一起作为输入信号输入到计算机系统中，因此，串模干扰信号的一项是重点和难点。

通常采取以下措施来控制串模干扰信号对计算机系统的影响，一方面选择的信号线距离强电磁场和动力线要有足够的间距；仪表信号线、控制信号线与动力线不要平行放在同一个托盘里面；另一方面，对同一根管内的信号线使用屏蔽电线或屏蔽电缆，在仪表输入端加滤波电路来削弱干扰信号。

（2）长线传输干扰的抑制

长线传输干扰主要是空间电磁耦合干扰和传输线上的波反射干扰。

对长线传输干扰，可以采用同轴电缆或双绞线作为传输线、终端阻抗匹配以及始端阻抗匹配等。

4 结语

目前，虽然人们逐渐重视各种高抗干扰技术的应用，但对于计算机系统，不可能完全消除和避免这些干扰，只能将干扰控制在一定的范围内，使他们不会影响到计算机系统的正常工作。随着计算机技术的发展，各种干扰因素还会不断显现，我们必须给予足够的重视。

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