如何有效地抑制噪声

1.采用屏蔽措施屏蔽噪声源或保护电路

屏蔽就是对两个指定空间区域进行金属隔离,以抑制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和传播。按所需屏蔽的场的性质不同,屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。通常用铜和铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体,屏蔽体结构应尽量完整、严密并保持良好地接地。很多电子器件或测量设备为了免除干扰,都要实行电场屏蔽,如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩、电子管用金属管壳等。

磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰,对静磁场及低频交变磁场,可用高磁导率的材料作屏蔽体,并保证磁路畅通。对高频交变磁场,由于主要靠屏蔽体壳体上感生的涡流所产生的反磁场起排斥原磁场的作用,材料也是选用铜、铝等良导体。

为防止在信号传输过程中受到电磁干扰,通常会用到有屏蔽层的同轴电缆线,其外观和结构如图3.3.1所示。信号通过芯线传输,而屏蔽层与电路的参考地以及仪表的机壳相连。芯线电流产生的磁场被局限在外层导体和芯线之间的空间中,不会传播到同轴电缆以外的空间。而电缆外的磁场干扰信号在同轴电缆的芯线和外层导体中产生的干扰电势方向相同,使电流一个增大,一个减小而相互抵消,总的电流增量为零。许多通信电缆还在外面包裹一层导体薄膜以提高屏蔽外界电磁干扰的作用。

图3.3.1　有屏蔽层的同轴信号线

2.采用隔离技术阻断噪声耦合通道

使用光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法把干扰源与接收系统隔离开来,使有用信号正常传输,而干扰耦合通道被切断,达到抑制干扰的目的。

(1)使用光耦合器件

光耦合器件是20世纪七八十年代发展起来的光电隔离器件,它输入、输出间互相隔离,采用光为媒介传输电信号,对输入、输出电信号有良好的隔离作用,具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力,在各种电路中得到广泛的应用。

(2)使用隔离变压器

电子系统采用工频交流信号供电时,可以使用隔离变压器阻断工频交流信号引入的干扰。隔离变压器输入绕组与输出绕组带电气隔离,其输出端跟输入端完全“断路”,对变压器输入端电压(电网供给的电源电压)起到了一个良好的过滤作用,从而给用电设备提供了纯净的电源电压。隔离变压器的次级对地悬浮,只能用在供电范围较小、线路较短的场合。(www.xing528.com)

(3)使用继电器

继电器是一种电控制器件,当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化。它能实现控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系,是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”,在电路中起着耦合隔离、自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器由线圈和触点组两部分组成,线圈和触点仅有机械上的联系,而没有直接的电气联系,因此可利用继电器线圈接收电信号,而利用其触点控制和传输电信号,从而可实现输入和输出、强电和弱电的隔离。同时继电器触点形式多样,且其触点能承受较大的负载电流,因此应用非常广泛。

3.采用滤波技术抑制噪声的传导

滤波是抑制噪声干扰的一种重要方法。噪声源发出的电磁噪声干扰的频谱往往比电子系统需要接收的有用信号频谱宽得多,因此当接收器接收有用信号时,也会同时接收到那些无用的噪声干扰。此时采用滤波的方法,可以让所需要的频率成分通过,而将干扰频率成分加以抑制。常用滤波器根据其频率特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型。

下面介绍抑制来自电源的噪声和干扰。

电子电路的供电要求电源稳定,而实际供电电源存在低频纹波并夹杂高频噪声,有可能干扰电路的正常运行。

当电子系统中多种电路共用一个电压源时,某一部分电路产生的干扰信号会通过电源回路耦合到电路中。例如,数字电路在电平翻转的瞬间会有较大的瞬时电流,从而在供电线路上产生自感电压;功率放大电路因其工作电流较大可能会在电源的内阻、公共地和电源线等公共阻抗上产生电压,使得电源电压有波动;高频电路可能会产生高频辐射和耦合在电源上产生干扰;等等。以上这些干扰都可能会对同一供电电路中的对电源电压较敏感或精度要求较高的部分(如微弱小信号放大器、AD转换器等)产生不良影响,严重时使整个电路无法工作。为了阻止这种干扰,可以加电源滤波去耦(退耦)电路来解决。一般常用的电源去耦电路有RC、LC电路,要求较高的则另加用稳压电路。

图3.3.2为常见滤波去耦用π型滤波器,其中电感L的直流阻抗为零,对交流呈现较大的阻抗,可以有效地阻隔电源和电路之间的高频串扰。L一般取几毫亨到几十毫亨;C1为几十微法至几百微法电解电容,用于滤除直流电源中50 Hz和100 Hz的低频纹波,减小直流电的波动程度;C2通常选用0.01～0.1μF的小电容,用于滤除电路在工作时产生的高频谐波成分。在实际应用中,也可以省略电感L而只用两个电容并联,构成电容并联去耦电路。

图3.3.2　电源去耦用π型滤波器

图3.3.3　电子电路中的去耦电路

在比较复杂的电路系统中,每个单元电路或集成芯片的供电端都连接去耦电路,以保障电路的正常工作。在系统供电足够理想情的况下,也可只用一个0.01～0.1μF的去耦电容,如图3.3.3中的单元电路3。在图3.3.3中的单元电路1所采用的π型滤波去耦电路中,电感器可采用铁氧体磁珠。