干擾噪聲系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

　　此類比可幫助我們考量容性耦合噪聲與磁耦合噪聲間的差異。

　　磁場在閉合環(huán)路(單匝)內(nèi)的感應(yīng)電壓Vn由下式給出：

　　Vn = 2πfBA cosθ×10-8 (1)

　　單位為伏特，其中f是正弦變化通量密度的頻率，B是通量密度的均方根值(高斯)，A是閉合環(huán)路面積(cm2)，θ是B與面積A的角度。

　　例如，考慮圖9所示電路。它顯示的是兩個(gè)一英尺導(dǎo)體的電壓計(jì)算，導(dǎo)體相隔1英寸，置于10高斯60 Hz磁場內(nèi)(對于風(fēng)扇、電源布線、變壓器很典型)導(dǎo)線內(nèi)最大感應(yīng)電壓為3 mV。

　　上面公式說明，噪聲電壓可通過降低B、A或cosθ來減少。要降低B項(xiàng)，可增加與磁場源的距離，在磁場由流經(jīng)導(dǎo)線對附近的電流引起的情況下，也可絞繞導(dǎo)線，通過交替方向?qū)舸艌鼋抵亮恪?/P>

環(huán)路面積A可通過讓導(dǎo)體彼此更加靠近來縮減。例如，如果本例中的導(dǎo)體相隔0.1"(僅靠絕緣分離)，噪聲電壓將減小至0.3 mV。如果將導(dǎo)體絞繞在一起，面積事實(shí)上會減小至很小的正負(fù)增量，從而消除(實(shí)際是抵消)磁噪聲。

　　cosθ項(xiàng)可通過適當(dāng)調(diào)節(jié)接收導(dǎo)線相對于磁場的方向來降低。例如，如果導(dǎo)體與磁場垂直，噪聲可降至最低，如果導(dǎo)體在相同電纜內(nèi)一起延伸(θ = 0)，噪聲將達(dá)到最大。

　　當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)時(shí)，在給定互感M下，以角頻率ω = 2πf載送電流I2，均方根感應(yīng)電壓Vn為：

　　Vn = ωMI2 (2)

　　圖10. 流經(jīng)電纜屏蔽體的電流引起的磁噪聲。

　　圖10顯示了運(yùn)用此關(guān)系的情形，并說明僅將屏蔽體一端接地的原因。使用100英尺屏蔽電纜，將高電平低阻抗信號(10V)載送至12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1 LSB = 2.4 mV)。屏蔽體每

　　英尺串聯(lián)電阻為0.01歐姆，與導(dǎo)體的互感為0.6μH/英尺，源極和目的地均已接地。兩個(gè)接地點(diǎn)間在60 Hz時(shí)存在1 V電位，使1安培電流流入1歐姆的屏蔽體總電阻。根據(jù)公式

　　(2)，導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)噪聲電壓為：

　　Vn=(2π×0.6×10-6H)(1 A)=23 mV,

　　即10 LSB，從而將系統(tǒng)有效分辨率降低至9位以下。由于屏蔽體兩端均接地，流入屏蔽體的大電流是產(chǎn)生該噪聲電壓的直接原因。而且，接地點(diǎn)間的1伏特電位只是保守假設(shè)!在重工業(yè)環(huán)境中，接地間電位達(dá)10至50伏特都不罕見。

　　電力線瞬變

　　另一類系統(tǒng)噪聲是感性電路(例如繼電器、電磁閥和電機(jī))開啟和關(guān)閉時(shí)由高壓瞬變產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)具有高自感的器件關(guān)閉時(shí)，塌縮磁場可在電力線上產(chǎn)生頻率從0.1至3兆赫的千伏級瞬變。

　　除通過容性和電導(dǎo)耦合以及輻射能量在敏感電路內(nèi)產(chǎn)生噪聲外，上述瞬變也會危及設(shè)備和人員。業(yè)界已建立表征特定瞬變波形的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn);不過，設(shè)計(jì)時(shí)除了抗噪外，系統(tǒng)也應(yīng)解決對信號的潛在干擾問題。圖11顯示了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的4種典型波形。

　　其他噪聲源最后，有一組噪聲源可視為混雜的或“古怪的”。

　　對于高阻抗下的低電平信號，電纜本身也可成為噪聲源。電纜內(nèi)的電介質(zhì)材料上可以產(chǎn)生電荷;如果電介質(zhì)與導(dǎo)體無接觸，除非電纜可保持剛性，否則此電荷將成為電纜內(nèi)的噪聲源。此噪聲高度依賴于電纜的任何運(yùn)動;Belden Corporation曾報(bào)告噪聲電平為5至100 mV。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)移動和彎曲RG188同軸電纜時(shí)，也觀察到類似特性的噪聲(5至25 mV)。

　　另一類運(yùn)動相關(guān)噪聲發(fā)生在電纜穿過磁場的情況。當(dāng)電纜切割固定磁通線或者通量密度B變化時(shí)，電纜內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這種噪聲在可能使電纜快速運(yùn)動的高振動環(huán)境下很麻煩。如果可以阻止電纜相對于磁場的振動，噪聲便不會出現(xiàn)。

　　最后，如果儀器儀表靠近廣播電臺或電視臺工作，信號可能受傳輸噪聲影響。除AM、FM和電視發(fā)射機(jī)外，RFI也可能來自CB無線電、業(yè)余無線電、對講機(jī)、尋呼系統(tǒng)等。由于對RF噪聲進(jìn)行整流，高頻噪聲應(yīng)視為直流電路中存在神秘漂移的可能來源;調(diào)查漂移時(shí)必須使用寬帶示波器。

　　總結(jié)

　　本文詳細(xì)說明了任何電子系統(tǒng)中都會存在的不同類型干擾噪聲。表3列出了上述噪聲源，以及解決噪聲問題的一些有效方法。了解使用降噪技術(shù)前的完整噪聲系統(tǒng)(來源、耦合介質(zhì)、接收機(jī)和關(guān)聯(lián))非常重要。