数据线滤波或导致电子设备噪声源的因素分析

本应用笔记介绍了数据线滤波或导致电子设备噪声源的因素，特别是在低信号电平数据中。本文档还简要介绍了噪声源、噪声信号、磁过滤以及过滤技术和经验法则。

噪声源

电源转换器是臭名昭著的噪声源。它们通常会产生共模（在所有信号线和参考大地的公共线上均等地出现）和差模噪声（出现在信号和返回路径之间）。来自电源转换器的噪声通常以开关频率的谐波为主，但也会产生一些宽带噪声。由于电源转换器通常需要在低信号电平电路的电气附近，因此它们可能是确定所涉及数据线系统整体可靠性的主要因素。由于温度（热噪声）和结器件的电子空穴运动（散粒噪声），半导体器件可能充当噪声源。通常支持数据线系统的模块的磁性组件（例如，

噪声信号

图 1 显示了在典型工厂情况下发生的 60 Hz 线电压 (110 Vrms) 的实际正弦波。波形包含远高于线路频率的随机噪声电压。图 2 显示了 60 Hz 波的 2 mS 部分，噪声尖峰短于 5 µS 并达到 50 V 峰值。超出波形图分辨率的也可能存在更高频率的噪声。

受污染的线路电流直接传导到与违规机器连接到同一条线路的机器和设备中；噪声也可以通过这些机器附近的空气辐射来测量。

一般过滤

解决噪声问题的显而易见的方法是消除噪声源，但这通常是不可能的。设备中的噪声消除几乎总是设计的关键模块的副作用。下一个明显的解决方案是尽可能消除源头处或附近的噪声。噪声源有时可能很明显。例如，电源是预期出现充足噪声的合乎逻辑的地方。有时，噪声源根本无法预测；此外，噪声源的精确影响往往是虚幻的，只是偶尔出现。噪声问题的可实现解决方案是防止其影响易受其影响的系统和子系统。在定位和过滤明显有罪的噪声制造者（例如，电源的输出）之后，下一步是保护敏感设备和组件的输入。敏感设备中的噪声不会超过设备可以持续承受的范围 通过过滤敏感组件的输入，难以捉摸和无法管理的噪声源对设备的运行变得不那么重要。

滤波是解决噪声问题的现成解决方案。数字设备和敏感元件可以承受来自设备子系统及其外部环境的细微噪声。传导噪声通常会产生外部场，将噪声辐射到设备和组件，进而将传导噪声引入这些设备和组件。此外，频率越高，破坏所需的能量就越少。用于中继数据线信号的电缆对传导和辐射的外部噪声特别敏感。由于数据线信号本质上是具有预定转换电平的方波（例如，TTL 的 0.8 V 和 2.0 V，图 6），电缆附近电气附近的噪声尖峰突然侵入或辐射电缆，

过滤技术

噪声尖峰是由高频内容的瞬态能量引起的。由于噪声尖峰由这种高频能量组成，所有高频噪声在接收逻辑信号之前急剧衰减将保持原始信号的完整性。同样，在传输电缆之前衰减信号的所有高频分量将在任何传输之前清除受数据线系统本身内噪声影响的信号。此外，数字时钟的逻辑电平必须精确且完整。时钟信号可以受益于高频噪声衰减，保护数据线系统免受错误状态逻辑转换的影响。

磁性过滤

通常在布线中出现的 EMI 问题的解决方案本质上是磁性的。电缆是由电缆信号和回路电流不匹配而产生的环形天线。如果布线方案的信号线和回线在空间中的位置相同，则信号线中传导电流产生的场将正好抵消回线传导电流所产生的场；当然，这种 180⁰ 完美的电流反转是无法实现的，因此，由于任何电缆，我们必须有有限数量的辐射。

经验法则

一个成功的数据线系统过滤方案应该具备以下特点：

• 过滤方法必须提供信号完整性的维护
• 滤波器方法应该能够显着增加几乎任何关键电气位置的磁场
• 滤波器方法必须提供所有高频噪声以及宽带共模噪声的有效衰减。
• 过滤方法必须与标准布线方案兼容，包括带状电缆和单独的单线
• 理想情况下，过滤方法应该易于实施、易于获得且可成功重复。

编辑：hfy