干扰耦合途径 抑制干扰噪声的方法

一、干扰耦合途径

外部干扰源产生的噪声影晌到检测系统的正常工作，是经由某种传播途径被耦合到了检测系统之中。抑制干扰噪声有3种方法：

①消除或削弱干扰源

②设法使检测电路对于扰噪声不敏感

③使噪声传输通道的耦合作用最小化

多数情况下，对于产生噪声的外部干扰源很难采取有效措施将其其消除或隔离，但是如果能够切断或削弱干扰耦合途径的传播作用，则可以有效地削弱干扰噪声对检测系统的不利影响。

l 如果干扰辐射场的波长为λ，则在小于λ／(2π)的距离内，电路之间经由场的耦合过程可以分别考虑电场耦合和磁场耦合来进行计算。在检测仪表内部，电场耦合通过导线之间的分布电容来计算，磁场耦合通过导线之间的互感来计算。因为频率为300MHz的辐射场的波长为1m，而检测电路内部导线之间的距离通常为几厘米或更短，距离设备内部干扰源小于λ／(2π)的条件是满足的。对于设备外部的干扰源，要根据具体情况进行分析。

l 在距离干扰源λ／(2π)以上的地方，主导的耦合方式是辐射电磁场。仪表之外的射频噪声耦合到检测电路主要是通过这种耦合方式。一般可以采用正确的电磁屏蔽盒。

l 除了辐射场耦合方式外，常见的干扰噪声耦合方式还有传导耦合和公共阻抗耦合方式。

l 检测电路的供电电源有可能将工频电网上的各种噪声耦合到检测电路中。

二、传导耦合

1. 传导耦合是经导线传导引入干扰噪声，也包括经电感、电容和变压器引入干扰噪声。解决传导耦合的一种方法是使信号线尽量远离噪声源，另一种方法是在信号线和电源线进入检测系统时，采取有效的去耦合滤波措施
2. 公共阻抗耦合

公共阻抗耦合是常见的一种噪声耦合方式，常发生在两个电路的电流有共同通路的情况中。例如数字系统的地线回流路径与模拟系统的地线回流路径有交叠，造成数字系统的地弹噪声干扰模拟系统，这是数模混合系统设计的一个挑战。

3. 电源耦合

例如数字系统电源噪声、波动串扰模拟系统

三、电场耦合

分布电容（或称寄生电容）是电场耦合的主要途径。在实际情况中，精确手工估算导体之间的分布电容往往是很困难的。附近的其他导体会改变电场的分布，从而改变分布电容的大小；附近的绝缘体的介电常数不同于空气，也会使得分布电容发生变化。例如，对于印刷电路板上的两条铜箔布线之间的分布电容，很难找出其数学表达式。一般都是借助EDA工具进行数值求解，我们在”高速电路板设计与仿真”课程中将给大家演示sigrity 3D电磁场仿真求解串扰、分布电容计算提取等。

下面给个原理性示例：

u是干扰信号源，通过分布电容C干扰放大器，放大器输入阻抗为R，则

串扰的噪声大小为：

因为分布电容C都很小，所以其阻抗远远大于R,即2pifRC<<1。

如果u为50Hz的220V交流电源线，可以计算出，电场耦合到放大器输入端的工频噪声有效值大约为1.4mV。

如果u为脉冲数字信号，脉冲上升沿和下降沿的最大变化率为du/dt= 2V/us，考虑到分布电容C=2pF的容抗要比R大很多，可得i≈Cdu/dt=4uA，那么耦合到放大器输入端的电压幅度V=iR=40mV

为了抑制电场耦合噪声，最直接的方法是减少于扰导线和敏感信号线之间的分布电容，常用的方法有：

(1) 信号线远离干扰线

(2) 利用地平面减少线间电容，用地平面分离两导线可以降低两导线间的分布电容

(3) 在信号线和干扰线之间布设地线，原理同(2)

(4) 利用双绞传输线，将干扰变为共模噪声,利用差分放大器或测量放大器的高共模抑制比特性，可以将干扰降到足够小

(5) )限制干扰噪声的斜率，这是降低数字地弹噪声的常用方法

除这些常用方法外，敏感信号线使用屏蔽电缆，并将屏蔽层接地，能够有效抑制电场干扰噪声

四、磁场耦合

磁场耦合又叫做电感性耦合，也可称之为互感耦合。

磁场耦合不同于电场耦合，表现在两方面：

1）减少接收电路的输入阻抗能有效地减少电场耦合噪声，但是对磁场耦合却没有效用；

2）电场耦合噪声一般表现为导线对地电压，而磁场耦合噪声一般表现为与信号输入线相串联的感生电压。

减少磁场耦合常用的方法有以下几种：

1）是尽量减小被干扰电路的信号线与回流形成的感应面积，或调整干扰源与被干扰电路所在平面的夹角，使它们尽量互相垂直。

2）信号传输使用双绞线

3）限制干扰噪声的斜率

4）使用铁磁材料屏蔽干扰源或被干扰源

五、电磁辐射耦合

微弱信号检测电路中的任何导体都会像天线一样拾取电磁辐射噪声，电路中的有用信号越微弱，相对而言电磁辐射噪声的影响就越严重。而且，检测电路中的非线性器件可能对接收到的电磁辐射噪声进行解调或变频，所以电磁辐射噪声不但会影响高频电路，还会影晌中频和低频检测电路。

电磁辐射波兼有电场和磁场的性质，所以前述中的措施对抑制电磁辐射噪声也有效。此外，因为导体对于电磁辐射噪声具有反射和吸收的作用，所以用导体屏蔽罩来屏蔽发射源或敏感电路都能有效地衰减电磁辐射噪声。