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噪聲抑制和如何使用頻譜和濾波器——第一講

發(fā)布時間:2014-07-03 責(zé)任編輯:willwoyo

【導(dǎo)讀】在電路的正常工作過程中,都會產(chǎn)生電磁噪聲干擾。如何讓這種干擾降低到最小,使電路能夠更加正常的運(yùn)行工作。本文第一講主要講述了噪聲的抑制,噪聲的干擾原理,屏蔽;第二講則講述了如何使用頻譜和濾波器。

噪聲抑制


三種因素(噪聲源、噪聲受體和傳輸路徑)如圖1的原理圖所示存在時,會產(chǎn)生噪聲干擾。如果可以消除其中一個因素,就可以消除噪聲干擾。

因此,可以在噪聲源側(cè)或噪聲受體側(cè)采取措施。例如,如果未使用數(shù)字電路、開關(guān)電源或發(fā)射器(例如白熾燈),電子設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會非常小。另一個例子是在噪聲受體一側(cè)于軟件中設(shè)置冗余處理。

因此,即使信息稍有改變,也可以恢復(fù)信號。這些措施可以作為基本解決方案。但許多這些情形會造成較大的次級效應(yīng),比如明顯降低電子設(shè)備的性能或增加其尺寸,從而使這些措施不切實際。


噪聲干擾的原理
圖1 噪聲干擾的原理

通常,噪聲會如圖2所示排除在傳輸路徑之外。存在兩種噪聲傳導(dǎo)(空間傳導(dǎo)和導(dǎo)體傳導(dǎo))。如圖所示,空間傳導(dǎo)由屏蔽進(jìn)行處理,而導(dǎo)體傳導(dǎo)由濾波器進(jìn)行處理。

如圖1所示,空間傳導(dǎo)和導(dǎo)體傳導(dǎo)傾向于通過用作天線的導(dǎo)線進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。因此,即使導(dǎo)體傳導(dǎo)只是一個位置的問題,但不能完全忽略空間傳導(dǎo)的可能性。

噪聲抑制的措施
圖2 噪聲抑制的措施

[page]屏蔽

屏蔽指的是通過用如圖3所示的金屬板或其他保護(hù)裝置封閉目標(biāo)物體,把周圍的電磁場排除在外。
盡管屏蔽的效果通常取決于所用材料的傳導(dǎo)性、導(dǎo)磁率和厚度,但用鋁箔等極薄的金屬板會令常規(guī)電子設(shè)備的噪聲抑制更有效果。您必須意識到電子設(shè)備的噪聲抑制效果會因形成外殼的連接方法(間隙、接觸阻抗等)而異,而與材料規(guī)格無關(guān)。

在散熱所用的屏蔽罩上制作開口時,限制每個開口的最大尺寸比限制開口的總面積更加重要。如圖4所示,如果存在細(xì)長的開口或狹縫,這個部分可以起到狹 縫天線的作用(特別是圖中的長度l 超過了波長1/2時的高頻范圍),且無線電波可以進(jìn)出屏蔽罩。為了避免這樣,應(yīng)保持每個開口較小。由此看來,帶許多小孔的板材(例如沖孔的金屬和延展的金 屬)是很好的材料,既有利于通風(fēng),又有利于屏蔽。


屏蔽
圖3 屏蔽


相同區(qū)域內(nèi)三個不同開口形狀產(chǎn)生不同屏蔽效果示例
圖4 相同區(qū)域內(nèi)三個不同開口形狀產(chǎn)生不同屏蔽效果示例
(假設(shè)高頻噪聲受電磁屏蔽限制。某些情況下(例如電磁屏蔽等),這個順序可能不適用。)

[page]濾波器

濾波器指的是一個元件或功能,在導(dǎo)體中流動的電流內(nèi),可以讓必需的成分通過,而消除不想要的成分。盡管噪聲分流到了圖6所示的接地,但噪聲能量會被這些元件內(nèi)部吸收,或返回到噪聲源(增加阻抗)。

濾波器
圖5濾波器

濾波器工作方式
圖6 濾波器工作方式

因為噪聲往往分布在如圖7所示的相對較高的頻率范圍內(nèi),所以電子設(shè)備的噪聲抑制通常使用低通濾波器來消除高頻成分。可以把電感器(線圈)、電 阻和電容等通用元件用作低通濾波器。但是為了完全隔離噪聲,可以使用EMI靜噪濾波器等專用的元件。

除了這些利用噪聲不均勻頻率分布的濾波器以外,還有些濾波器是利用壓差(變阻器等)或利用傳導(dǎo)模式差異(共模扼流線圈等)。

除了這些濾波器,變壓器、光纜或光隔離器均可用作一種濾波器。盡管某些情況下這些元件可以獲得優(yōu)異的降噪效果,但適用的情形很有限。
相對較高的頻率范圍內(nèi)
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