利用雙絞線與低通濾波器抑制射頻干擾和電磁干擾
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采用圖4非常簡(jiǎn)單的濾波器即可獲得不錯(cuò)的效果，為什么?原因在于物理學(xué)：我們希望線路上保留什么，抑制什么?本 例中，我們正常的電話信號(hào)為300Hz至3kHz，要抑制的信號(hào)是1.37MHz，頻率相差450倍。利用Nuhertz的FilterFree軟件，我 們制作了一個(gè)巴特沃斯響應(yīng)濾波器并繪制了其響應(yīng)特性(圖5)。濾波器在3kHz以下基本平坦，在1.37MHz時(shí)衰減超過(guò)135dB。135dB相當(dāng)于衰 減了560萬(wàn)倍。電臺(tái)使用了濾波器后，有效解決了這一問(wèn)題，不再干擾電話線。
利用一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波電路是否就能解決問(wèn)題?軟件工具Solve Elec是一款電路仿真器，帶有低通濾波器設(shè)計(jì)文件，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的RC濾波器。利用該RC濾波器，更改參數(shù)值，得到8kHz下的3dB衰減，頻響特性如圖6所示。
對(duì)于音頻信號(hào)，3kHz時(shí)衰減小于0.5dB，而對(duì)電臺(tái)的RFI干擾則衰減44dB，或150倍。實(shí)際上，我們也利用了電話線的電阻和電感串聯(lián)元件，只是增加了一個(gè)小的接地電容，對(duì)電臺(tái)的RFI做進(jìn)一步的衰減。
現(xiàn)在，我們重新考慮工廠的溫度測(cè)量系統(tǒng)，其中導(dǎo)線有數(shù)百英尺長(zhǎng)，相當(dāng)于一個(gè)無(wú)線電天線，因此，受RFI影響的幾率非常大。如果在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)，溫度測(cè)量數(shù)據(jù)保持一致，可以在檢測(cè)線路中串聯(lián)一個(gè)低通濾波器，以消除RFI。那么，如何通過(guò)雙絞線接收信號(hào)?當(dāng)然要采用差分信號(hào)，確保干擾信號(hào)彼此抵消，圖7所示為此類電路。
圖7所示的電路配置也稱為儀表放大器，市場(chǎng)上可以找到多種完全集成的方案，MAX5426高精度電阻網(wǎng)絡(luò)為設(shè)計(jì)人員提供了控制放大器參數(shù)的便利條 件。高精度電阻允許以數(shù)字方式選擇差分增益：1、2、4或8，精度可選擇0.5%至0.025%。電阻的精確匹配確保獲得79dB以上的共模抑制指標(biāo)。電 路設(shè)計(jì)人員可方便選擇運(yùn)算放大器，根據(jù)具體應(yīng)用量身定制頻率響應(yīng)特性，改善前端濾波。
結(jié)論
雖然Alexander Graham Bell很早就闡述了雙絞線原理，至今我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)互聯(lián)網(wǎng)或無(wú)線電聽(tīng)到Chubby Checker和“雙絞線”，如果Bell知道雙絞線、電路設(shè)計(jì)、仿真工具以及FPGA對(duì)現(xiàn)代科學(xué)貢獻(xiàn)，他一定會(huì)感到吃驚。 正確選擇雙絞線和低通濾波器，即可降低EMI和RFI，提高數(shù)據(jù)通信的可靠性。
評(píng)論