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            利用雙絞線與低通濾波器抑制射頻干擾和電磁干擾

            作者: 時(shí)間:2014-02-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/259577.htm

            引言

            “The Twist”指,Alexander Graham Bell于1881年申請(qǐng)?jiān)擁?xiàng)專利。而該項(xiàng)技術(shù)一直沿用到今天,原因是它提供了諸多便利。此外,隨著現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件處理能力的逐漸強(qiáng)大,結(jié)合電路仿真及濾波器設(shè)計(jì)軟件,使得在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越普遍。

            FPGA為設(shè)計(jì)工程師提供了強(qiáng)大、靈活的控制能力,特別是那些無法獲取專用集成電路(ASIC)的小批量設(shè)計(jì)項(xiàng)目,可以利用FPGA實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì);許多 大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期也利用FPGA進(jìn)行原型開發(fā),并定制芯片之前對(duì)新功能進(jìn)行測試。FPGA的強(qiáng)大之處在于復(fù)雜的數(shù)字處理功能,而一些模擬 信號(hào)則會(huì)受限于數(shù)字噪聲的干擾。需要外部提供模擬放大,以及失調(diào)、濾波和信號(hào)處理,確保FPGA滿足系統(tǒng)的整體需求。

            本文討論了如何將相結(jié)合,抑制(RFI)和(EMI)。我們還介紹了如何利用高精度電阻排設(shè)計(jì)定制化差分放大器,消除信號(hào)干擾并改善FPGA系統(tǒng)的性能。在我們選擇頻響特性時(shí),利用高精度電阻設(shè)置增益和共模抑制比。

            雙絞線的重要性

            雙絞線對(duì)數(shù)據(jù)通信有著重大意義,能夠大幅降低串?dāng)_、RFI和EMI。

            互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的普及帶動(dòng)了雙絞線應(yīng)用的普及,許多人誤以為雙絞線是項(xiàng)新發(fā)明,實(shí)際情況并非如此。圖1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申請(qǐng)的專利副本,他描述了多對(duì)雙絞線之間的相互影響。

            圖1. Alexander Graham Bell于1881年獲得美國專利244,426

            Bell先生指出:多個(gè)電路通過兩條線連接——一條直通線和一條返回線,構(gòu)成一個(gè)金屬線導(dǎo)電回路。當(dāng)金屬線導(dǎo)電回路置于其它電路附近時(shí),如果周邊電 路在兩條線上感應(yīng)信號(hào)不同,則金屬線所連接的電話及其它電氣設(shè)備就會(huì)感應(yīng)干擾信號(hào);顯而易見,如果在直通線和返回線上產(chǎn)生相同影響,則其中一條導(dǎo)線產(chǎn)生的 電流將抵消另一條導(dǎo)線產(chǎn)生的電流。如果兩條導(dǎo)線與干擾電流的感應(yīng)關(guān)系相同,或?qū)蓷l導(dǎo)線置于與上述電路相同的距離(確保其它條件完全相同),則可避免干 擾。

            這些經(jīng)過125年歷史驗(yàn)證的真理,為現(xiàn)代的差分信號(hào)原理奠定了基礎(chǔ)。圖2所示,導(dǎo)線A的電流所產(chǎn)生的磁場會(huì)在導(dǎo)線B中產(chǎn)生所不期望的電流。

            圖2. 導(dǎo)線之間的串?dāng)_:導(dǎo)線A中電流所產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)線B產(chǎn)生所不期望的電流。

            圖中導(dǎo)線之間的電容表示雜散分布電容,當(dāng)增大串?dāng)_信號(hào)的頻率時(shí),電容耦合將更為明顯。圖3中,我們觀察到Bell先生提出的“抵消”效應(yīng)。當(dāng)在雙絞 線兩側(cè)施加相等的干擾信號(hào)時(shí),干擾信號(hào)將被抵消。射頻環(huán)境下,雜散電容會(huì)耦合導(dǎo)線之間的能量。同理,由于雙絞線的干擾相等、方向相反,RFI趨于抵消。以 差分形式接收雙絞線信號(hào)將增強(qiáng)“抵消”效應(yīng)。

            圖3. 當(dāng)對(duì)雙絞線兩側(cè)施加相等的干擾信號(hào)時(shí),導(dǎo)線之間的串?dāng)_被抵消。

            也可以利用屏蔽導(dǎo)體將雙絞線包裹起來,起到靜電屏蔽作用。屏蔽增大了雜散電容,作用相當(dāng)于,進(jìn)一步衰減RF干擾。導(dǎo)線的阻性和感性為串聯(lián)元件,分散電容對(duì)地形成。當(dāng)通信鏈路僅傳輸?shù)皖l信號(hào)時(shí),例如電話音頻或其它窄帶信號(hào),這一特性有助于改善傳輸效果。

            利用低通濾波器降低RFI

            舉例說明,溫度測量的速度可能受限于被測對(duì)象的物理質(zhì)量。家用加熱器可能只需要每隔一、兩分鐘測量一次溫度。由于空氣、墻壁、地板和天花板的質(zhì)量比較大,溫度變化非常緩慢。所以,每秒鐘測量數(shù)百萬次溫度對(duì)加熱器的溫度測量或溫度控制毫無意義。

            我們轉(zhuǎn)向室外,室外產(chǎn)生的RFI可能進(jìn)入室內(nèi)。以我家為例,我家距離一座50,000W AM電臺(tái)大約1英里。不幸的是,電話線拾取了電臺(tái)的1.37MHz信號(hào)。信號(hào)在電話中經(jīng)過檢波,恢復(fù)出電臺(tái)的音頻信號(hào)。每每聽到這個(gè)干擾信號(hào)會(huì)讓人難以忍 受,這一干擾嚴(yán)重影響了電話的調(diào)制解調(diào)器。電臺(tái)播音室與發(fā)射機(jī)和天線相鄰,系統(tǒng)維護(hù)比較方便。按道理說,工程師比較擅長消除音頻和電話系統(tǒng)的 1.37MHz信號(hào),于是我們通過“噪雜”的電話提出維修申請(qǐng),并詢問了他們使用的是什么低通濾波器。

            圖4. 低通濾波器。


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