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1、电子系统中的干扰噪声及其抑制措施垂信息O本刊重稿oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2011年第19期电子系统中的干扰噪声及其抑制措施雍明远'何晓文杨玉丽(1.空军驻西北地区军事代表室陕西西安710043;2.中国飞行试验研究院陕西西安710089)【摘要】电子系统主要包括传输噪声,固有噪声和干扰噪声等三种形式的噪声源,本文通过对干扰噪声的形成及其耦合机理加以分析,并对共阻抗噪声,电容性耦合噪声屏蔽,电感性耦合噪声屏蔽,电源线瞬变的四种抑制措施进行了研究探讨,可以为电路工程师在设计电路时提供参考和借鉴.一【关
2、键词】噪声;耦合机理;抑制措施任何电子系统都包含许多噪声源.归纳起来主要有三种形式:传输噪声(接收原始信号并且与原始信号不能区分的噪声),固有噪声(起源于器件内部电路,如热噪声,散粒噪声,闪变噪声等)和干扰噪声(从外部电路耦合进来的噪声).干扰噪声产生的原因可能是由于自然噪声(如空中的雷电,宇宙射线等也可能是由于从系统中的其它电子装置或附近环境中耦合进来的人为噪声(如计算机,开关电源,继电器触点等).人为噪声是数据采集或测试系统中最为普遍的一种噪声形式.虽然在弱信号电路中这种噪声最令人讨厌,但它是唯一可以通过选择布线和屏蔽措施能得到有效改善
3、的一种噪声.1形成干扰噪声的条件形成干扰噪声必须具备三个条件:噪声源(电源线瞬变,继电器,磁场等),耦合通道或介质(互电容,互感,导线)和接收电路(对噪声敏感的电路),如图1所示.图1噪声的形成条件要消除干扰噪声就必须去除,减少或转移这三个条件中的一个或几个.在解决噪声问题之前必须彻底了解每一个条件在噪声问题中的作用,如果解决方法不当,只能使干扰变得更糟.不同的噪声问题需要用不同的解决方法.加一只电容或一个屏蔽并不能解决每一种噪声问题.2系统噪声类型及其耦合理2.1共阻抗噪声也源地图2通过共阻抗形成的噪声共阻抗噪声是由几个电路的公共阻抗产生
4、的噪声,图2示出了其基本结构.当一个脉冲输出源和一个运算放大器的参考端两者都连接到一个接地点并且它对于电源返回端具有公共阻抗时会发生这种情况.这个噪声电流(电路1的返回电流)将在阻抗z两端产生一个电压Vn,即对电路2的噪声电压.一般来说,这种形式的噪声具有一个由噪声源频率决定的重复速率,其实际波形由共阻抗的特性决定.如果在电路中发现这种噪声,可根据重复速度和波形很容易地找到它的起源,重复速率可指出这个噪声源,因为噪声与噪声源是同步的.2.2电容性耦合噪声噪声也可以通过电容从一个噪声源向另一个电路耦合而产生.当具有快速上升和下降时间或高频成分
5、的信号与高阻抗电路非常接近时,常常可遇到这种噪声,杂散电容将信号的快速边沿耦合到邻近的电路.如图3所示电路模型,阻抗z的性质决定响应的波形.晒电路图3杂散电容使噪声耦合到高阻抗电路电容性耦合噪声可以多种方式,波形出现.这里给出几个典型例子:n'L数字信号产生快速边沿.典型上升时间为IOns,电压高达.如果Z为1Mn电阻,即使0.1pF的电容也将产生衰减时间为lOOns的5V尖峰脉冲.两根相邻导线间可能产生串扰.通过共阻抗,可使交流电源线上的噪声耦合到其它电路上,如通过电源变压器绕组间电容的瞬态耦合.2_3电感性耦合噪声在强磁场周围存在着磁耦
6、合,这种情况下所产生的噪声称为磁耦合或电感性耦合噪声.磁场在闭合环路(单圈)中感应的电压vn由下式给出:(其在电路中的影响可用图4作以说明)Vn=2~fBACOS0xl0'8(V)式中:f为磁通密度正弦变化频率(Hz)B为磁通密度的有效值(Gs)A为闭合环路的面积(cm)e为B与面积A法向之间的夹角显然,通过减小B,A或者COS0的方法,都可以减小电感性噪声电压.对于磁场B,可以通过远离磁场源来减小,若B是由靠近导线对的电流引起的.可采用双绞线,由于电流方向交替改变从而使净磁场减小到零图4影响电感性耦合噪声的因素对于环路面积A,使两根导线靠
7、近在一起便可以减小.如将其扭绞在一起,那么面积有效地减小可使Vn的正增量和负增量互相抵消的程度,实际上就消除了磁场耦合.对于cosO,适当调整接收导线对于磁场的方向可使COS0减小.若导线与磁场垂直.则耦合噪声最小;若它们在同一电缆中混合在一起(e=0),则耦合噪声最大.另外,当一个导体与第二个导体平行(第二介导体带有角频率tO=2的电流I:),且当它们之间的互感为M时,那么这个导体上感应的电压Vn为:Vn=o~MI2图5示出了这种关系的典型应用,说明了为什么仅仅屏蔽层的一端应当接地的原则.52011年第19期SCIENCE&TEC
8、HNOLOGYINFORMATIONo本刊重稿0科技信息图5从流过电缆屏蔽层的电流产生的电感性耦合2l4电容性耦合与电感性耦合的比较通过前面的讨论我们知道,电容性耦合和电感性耦合
