噪音抑制技巧：9种方法

干扰的形成必须同时具备干扰源、干扰途径和对干扰信号敏感的接收电路三个条件，因此，抑制干扰可以分别采取相应措施。

为了保证测量系统的正常工作必须防止干扰的影响，消除或抑制干扰源、破坏干扰途径以及减小或消除被干扰对象对干扰的敏感性等。这样可以使电路（检测电路及仪表电路）能稳定可靠地工作，从而提高测量的精确度。常用的抗干扰措施有屏蔽、接地、浮置、滤波、光电隔离等技术。

1.选用质量好的传感器和其他元器件

根据不同工作频率合理选择噪声低的半导体器件，在低频段，晶体管由于存在势垒电容和扩散电容等问题，噪声较大。结型场效应晶体管因为多数载流子导电，不存在势垒区的电流不均匀问题，而且栅极与导电沟间的反向电流很小，产生的散粒噪声很小，故在中、低频的前级电路中应采用场效应晶体管，不但可以降低噪声还可以有较高的输入阻抗。

2.屏蔽

利用金属罩（铜、铁、铁磁材料等）将信号或测量电路包围起来，这种措施称为屏蔽。屏蔽的目的是隔断电、磁场的耦合通道，抑制各种场的干扰。屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽和电磁屏蔽等几种。根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。

（1）静电屏蔽

采用导电性能良好的金属材料（铜或铝等）制作成封闭的金属外屏蔽罩，并将它接地（被屏蔽电路的信号零电位），使其内部的电力线不外传，也不使外部的电力线影响其内部，这样可以消除两电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。

（2）低频磁屏蔽

低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指50Hz）磁场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采用高导磁材料作屏蔽层，以便让低频干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。

（3）电磁屏蔽

电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象是高频（40kHz以上）磁场。干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面感应出同频率的电涡流，从而消耗了高频干扰源磁场的能量。其次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵消了一部分干扰磁场的能量，从而使电磁屏蔽层内部的电路免受高频干扰磁场的影响。

3.隔离

目前检测系统越来越多地采用光耦合器，也称光电耦合器或光耦，它可较大地提高系统的抗共模干扰能力。

光耦合器是一种电→光→电耦合器件，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间从电气上看却是绝缘的，输入、输出回路的绝缘电阻可高达10¹⁰Ω，耐压超过1kV。光耦中的发光二极管一般采用砷化镓红外发光二极管，而光敏元件可以是光敏二极管、光敏晶体管、达林顿管，甚至可以是光敏双向晶闸管、光敏集成电路等。

4.滤波

滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一，有RC滤波器和LC滤波器等几种。

（1）RC滤波器

图9-10所示为RC滤波器。当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时，利用小体积、低成本的无源RC低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。

图9-10 RC滤波器

a）单节RC滤波器 b）双节RC滤波器 c）低通滤波器图形符号 d）频率特性

（2）交流电源滤波器

电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声。

图9-11所示为100μH电感、0.1μF电容组成的高频滤波器，用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰。图中两只对称的5mH电感是由绕在同一只铁芯两侧、匝数相等的电感绕组构成的，称为共模电感，用于吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰。图中的压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。

图9-11 电感、电容组成的高频滤波器

（3）直流电源滤波器(www.xing528.com)

直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间互相干扰，应在每个电路的直流电源上加上RC或LC退耦滤波器。图9-12所示中的电解电容用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联一个0.01～0.1μF的磁介电容或独石电容，用来滤除高频噪声。

图9-12 用电解与电容滤除低频噪声

5.浮置技术

如果测量装置电路的公共线不接机壳也不接大地，即与大地之间没有任何导电性的直接联系（仅有寄生电容存在），就称为浮置，如图9-13所示。

1）一次侧屏蔽层及电源变压器外壳与测量装置的外壳连接并接大地。

2）中间屏蔽层与保护屏蔽层连接。

3）二次侧屏蔽层与测量装置的零电位连接。

图9-13 带有浮置屏蔽的检测系统

1、2—信号传输线 3—传感器外壳 4—双芯屏蔽线 5—测量装置外壳 6—保护屏蔽 7—测量装置的零电位 8—二次侧屏蔽层 9—中间屏蔽层 10—一次侧屏蔽层 11—电源变压器二次绕组 12—电源变压器一次绕组

6.接地

接地是可以保证人身和设备安全、抗干扰的一种方法。合理选择接地方式是减小干扰的重要措施。接地的种类有屏蔽接地线（机壳接地线）、信号（模拟、数字）接地线、负载接地线和交流电源地线等。其中，低频电路（f＜1MHz）需要一点接地。它可有效克服地电位差的影响和公共地线的共阻抗引起的干扰。高频电路（f＞10MHz）需要大面积就近多点接地。它要求强电地线与信号地线分开设置，模拟信号地线与数字信号地线、交流地线与直流地线分开设置。

对于仪器、通信、计算机等电子技术来说，“地线”多是指电信号的基准电位，也称为“公共参考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。

（1）信号地线分类

1）模拟信号地线。模拟信号地线是模拟信号的零信号电位公共线。因为模拟信号电压多数情况下均较弱、易受干扰，易形成级间不希望的反馈，所以模拟信号地线的截面积应尽量大些。

2）数字信号地线。数字信号地线是数字信号的零电平公共线。由于数字信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源。为了避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置为宜，否则会严重干扰模拟信号的测量结果。

3）信号源地线。传感器可看作测量装置的信号源，多数情况下信号较为微弱，通常传感器安装在生产设备现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室内，从测量装置的角度看，可以认为传感器的公共参考端就是信号源地线，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。

4）负载地线。负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此负载地线必须与其他信号地线分开。

（2）一点接地原则

一点接地减小干扰：机内一点接地，系统一点接地，电缆屏蔽层的一点接地。检测系统的一点接地如图9-14所示。

对于模拟信号地线、数字信号地线、信号源地线、负载地线等几种地线一般应分别设置，在电位需要连通时，也必须仔细选择合适的点，在一个地方相连，才能消除各地线之间的干扰。

7.其他抑制干扰的措施

如在仪表中还经常采用调制、解调技术，通过调制-选频放大-解调-滤波，只放大输出有用信号，抑制无用的干扰信号等，这些都是电子技术中常用的方法。

图9-14 检测系统的一点接地

1、2—信号传输线 3—传感器外壳 4—测量系统外壳 5—大地电位差