干扰噪声系统基础知识

　　此类比可帮助我们考量容性耦合噪声与磁耦合噪声间的差异。

　　磁场在闭合环路(单匝)内的感应电压Vn由下式给出：

　　Vn = 2πfBA cosθ×10-8 (1)

　　单位为伏特，其中f是正弦变化通量密度的频率，B是通量密度的均方根值(高斯)，A是闭合环路面积(cm2)，θ是B与面积A的角度。

　　例如，考虑图9所示电路。它显示的是两个一英尺导体的电压计算，导体相隔1英寸，置于10高斯60 Hz磁场内(对于风扇、电源布线、变压器很典型)导线内最大感应电压为3 mV。

　　上面公式说明，噪声电压可通过降低B、A或cosθ来减少。要降低B项，可增加与磁场源的距离，在磁场由流经导线对附近的电流引起的情况下，也可绞绕导线，通过交替方向将净磁场降至零。

环路面积A可通过让导体彼此更加靠近来缩减。例如，如果本例中的导体相隔0.1"(仅靠绝缘分离)，噪声电压将减小至0.3 mV。如果将导体绞绕在一起，面积事实上会减小至很小的正负增量，从而消除(实际是抵消)磁噪声。

　　cosθ项可通过适当调节接收导线相对于磁场的方向来降低。例如，如果导体与磁场垂直，噪声可降至最低，如果导体在相同电缆内一起延伸(θ = 0)，噪声将达到最大。

　　当两个导体并联时，在给定互感M下，以角频率ω = 2πf载送电流I2，均方根感应电压Vn为：

　　Vn = ωMI2 (2)

　　图10. 流经电缆屏蔽体的电流引起的磁噪声。

　　图10显示了运用此关系的情形，并说明仅将屏蔽体一端接地的原因。使用100英尺屏蔽电缆，将高电平低阻抗信号(10V)载送至12位数据采集系统(1 LSB = 2.4 mV)。屏蔽体每

　　英尺串联电阻为0.01欧姆，与导体的互感为0.6μH/英尺，源极和目的地均已接地。两个接地点间在60 Hz时存在1 V电位，使1安培电流流入1欧姆的屏蔽体总电阻。根据公式

　　(2)，导体内的感应噪声电压为：

　　Vn=(2π×0.6×10-6H)(1 A)=23 mV,

　　即10 LSB，从而将系统有效分辨率降低至9位以下。由于屏蔽体两端均接地，流入屏蔽体的大电流是产生该噪声电压的直接原因。而且，接地点间的1伏特电位只是保守假设!在重工业环境中，接地间电位达10至50伏特都不罕见。

　　电力线瞬变

　　另一类系统噪声是感性电路(例如继电器、电磁阀和电机)开启和关闭时由高压瞬变产生的噪声。当具有高自感的器件关闭时，塌缩磁场可在电力线上产生频率从0.1至3兆赫的千伏级瞬变。

　　除通过容性和电导耦合以及辐射能量在敏感电路内产生噪声外，上述瞬变也会危及设备和人员。业界已建立表征特定瞬变波形的保护标准;不过，设计时除了抗噪外，系统也应解决对信号的潜在干扰问题。图11显示了工业标准中的4种典型波形。

　　其他噪声源最后，有一组噪声源可视为混杂的或“古怪的”。

　　对于高阻抗下的低电平信号，电缆本身也可成为噪声源。电缆内的电介质材料上可以产生电荷;如果电介质与导体无接触，除非电缆可保持刚性，否则此电荷将成为电缆内的噪声源。此噪声高度依赖于电缆的任何运动;Belden Corporation曾报告噪声电平为5至100 mV。在实验室内移动和弯曲RG188同轴电缆时，也观察到类似特性的噪声(5至25 mV)。

　　另一类运动相关噪声发生在电缆穿过磁场的情况。当电缆切割固定磁通线或者通量密度B变化时，电缆内产生感应电压。这种噪声在可能使电缆快速运动的高振动环境下很麻烦。如果可以阻止电缆相对于磁场的振动，噪声便不会出现。

　　最后，如果仪器仪表靠近广播电台或电视台工作，信号可能受传输噪声影响。除AM、FM和电视发射机外，RFI也可能来自CB无线电、业余无线电、对讲机、寻呼系统等。由于对RF噪声进行整流，高频噪声应视为直流电路中存在神秘漂移的可能来源;调查漂移时必须使用宽带示波器。

　　总结

　　本文详细说明了任何电子系统中都会存在的不同类型干扰噪声。表3列出了上述噪声源，以及解决噪声问题的一些有效方法。了解使用降噪技术前的完整噪声系统(来源、耦合介质、接收机和关联)非常重要。