干擾噪聲系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

　　本文旨在幫助您了解并有效處理電子系統(tǒng)中的干擾噪聲。這里我們將考慮拾取噪聲的機制，因為解決任何噪聲問題的第一步是確定噪聲來源和耦合機制，然后才能實施有效解決方案。

　　我們討論的是何種噪聲?

　　任何電子系統(tǒng)都存在許多噪聲來源。表現(xiàn)形式主要有三種：發(fā)射噪聲，與原始信號一起接收且無法區(qū)分;內(nèi)生噪聲(例如發(fā)熱產(chǎn)生的約翰遜噪聲、散粒噪聲和爆米花噪聲)，源自構(gòu)成電路的器件;以及干擾噪聲，從電路外部拾取。干擾噪聲可能源于自然干擾(如閃電)，或者從系統(tǒng)內(nèi)或附近的其他電氣設(shè)備(例如電腦、開關(guān)電源、SCR控制加

　　熱器、無線電發(fā)射機、開關(guān)觸點等)耦合進來。

　　本文僅探討最后一類，即人為噪聲，這是數(shù)據(jù)采集或測試系統(tǒng)中最普遍存在的系統(tǒng)噪聲。它在低電平電路中最麻煩，系統(tǒng)任何部分均無法逃脫其影響。但它也是會受布線和屏蔽選擇影響的唯一噪聲形式。

　　假設(shè)和分析工具

　　盡管完整、精確描述電氣系統(tǒng)特性必然用到麥克斯韋方程組(意味著更多的數(shù)學(xué)計算)，但大多數(shù)情況下傳統(tǒng)的電路分析仍然很有用。解決這些問題時，要確保電路分析有效，需做如下假設(shè)：

　　1. 所有電場局限于電容內(nèi)部。

　　2. 所有磁場局限于電感直接相鄰部分。

　　3. 電路尺寸相對于所考慮的波長較小。

　　使用上述假設(shè)，我們可以將噪聲耦合通道模擬為集總電路元件。將耦合兩個電感的磁場模擬為互感。可將雜散電容模擬為兩個導(dǎo)體，兩者間存在電場。圖1顯示了一個等效電路情況，其中兩根短導(dǎo)線在系統(tǒng)地上彼此相鄰。

　　圖1. 兩個相鄰導(dǎo)線和接地層的噪聲等效電路。

　　一旦獲得某一系統(tǒng)的完整噪聲等效電路，問題就成為針對所需參數(shù)求解其中一個網(wǎng)絡(luò)方程式。所有標準線性電路分析技術(shù)均可應(yīng)用，包括節(jié)點方程、環(huán)路方程、矩陣代數(shù)、狀態(tài)變量、疊加、拉普拉斯變換等等。當電路超過5和6個節(jié)點時，手動計算變得困難;此時必須使用計算機輔助程序，例如SPICE，以及其他CAD技術(shù)。有經(jīng)驗的設(shè)計師可以適當?shù)睾喕僭O(shè);但其有效性在得到驗證前必須始終警惕。

　　集總元件方法不一定給出精確數(shù)字答案，但可以清晰顯示噪聲與系統(tǒng)參數(shù)的依賴關(guān)系。繪制盡可能詳確的等效電路可以給如何降低噪聲電平提供思路。一旦寫出網(wǎng)絡(luò)方程和CAD程序，便可研究噪聲抑制技術(shù)的定量影響。

　　雖然所有現(xiàn)代技術(shù)均在進步，例如微處理器和開關(guān)電源，但導(dǎo)線仍具有電阻和電感，電容仍存在于真實世界，這些現(xiàn)象必須認真對待。

　　基本原理

　　噪聲問題始終牽涉三個因素：噪聲源(線路瞬變、繼電器、磁場等)、耦合介質(zhì)(電容、互感、導(dǎo)線)和接收機，即易受噪聲影響的電路(圖2)。

　　圖2. 噪聲拾取始終涉及噪聲源、耦合介質(zhì)和接收機。

　　要解決問題，必須消除、削弱或轉(zhuǎn)移這三個因素中的一個或多個。在可以解決問題前，必須徹底弄清這些因素在問題中的作用。如果解決方案不當，噪聲問題只會變得更糟!不同噪聲問題需要不同的解決方案;添加電容或屏蔽體并不一定有效。

　　系統(tǒng)噪聲類型

　　任何電子系統(tǒng)中的噪聲來源很多，包括計算機、風扇、電源、相鄰設(shè)備、測試器件，甚至用于抑制噪聲但連接不當?shù)钠帘误w和接地線。我們討論的噪聲源和耦合機制包括下列主題：

　　●公共阻抗噪聲

　　●容性耦合噪聲

　　●磁耦合噪聲

　　●電力線瞬變

　　●其他噪聲源

　　公共阻抗噪聲

　　顧名思義，公共阻抗噪聲是由數(shù)個電路共有的阻抗引起的。圖3顯示了基本配置，可能發(fā)生于脈沖輸出源和運算放大器基準端子均連接到“接地”點的情況，該點對電源返回端子有明顯阻抗。噪聲電流(電路1的噪聲返回電流)將在阻抗Z兩端產(chǎn)生電壓Vnoise，該電壓對電路2表現(xiàn)為噪聲信號。