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利用双绞线与低通滤波器抑制射频干扰和电磁干扰

gecimao 发表于 2019-05-14 16:39 | 查看: | 回复:

  ,Alexander Graham Bell于1881年申请该项专利。而该项技术一直沿用到今天,原因是它提供了诸多便利。此外,随着现场可编程门阵列(FPGA)器件处理能力的逐渐强大,结合电路仿真及滤波器设计软件,使得

  FPGA为设计工程师提供了强大、灵活的控制能力,特别是那些无法获取专用集成电路(ASIC)的小批量设计项目,可以利用FPGA实现设计;许多 大批量生产的产品,在项目设计初期也利用FPGA进行原型开发,并定制芯片之前对新功能进行测试。FPGA的强大之处在于复杂的数字处理功能,而一些模拟 信号则会受限于数字噪声的干扰。需要外部提供模拟放大,以及失调、滤波和信号处理,确保FPGA满足系统的整体需求。

  本文讨论了如何将双绞线低通滤波器相结合,抑制射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)。我们还介绍了如何利用高精度电阻排设计定制化差分放大器,消除信号干扰并改善FPGA系统的性能。在我们选择频响特性时,利用高精度电阻设置增益和共模抑制比。

  互联网和计算机的普及带动了双绞线应用的普及,许多人误以为双绞线是项新发明,实际情况并非如此。图1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申请的专利副本,他描述了多对双绞线之间的相互影响。

  Bell先生指出:多个电路通过两条线连接一条直通线和一条返回线,构成一个金属线导电回路。当金属线导电回路置于其它电路附近时,如果周边电 路在两条线上感应信号不同,则金属线所连接的电话及其它电气设备就会感应干扰信号;显而易见,如果在直通线和返回线上产生相同影响,则其中一条导线产生的 电流将抵消另一条导线产生的电流。如果两条导线与干扰电流的感应关系相同,或将两条导线置于与上述电路相同的距离(确保其它条件完全相同),则可避免干 扰。

  这些经过125年历史验证的真理,为现代的差分信号原理奠定了基础。图2所示,导线A的电流所产生的磁场会在导线B中产生所不期望的电流。

  图2. 导线之间的串扰:导线A中电流所产生的磁场在导线B产生所不期望的电流。

  图中导线之间的电容表示杂散分布电容,当增大串扰信号的频率时,电容耦合将更为明显。图3中,我们观察到Bell先生提出的“抵消”效应。当在双绞 线两侧施加相等的干扰信号时,干扰信号将被抵消。射频环境下,杂散电容会耦合导线之间的能量。同理,由于双绞线的干扰相等、方向相反,RFI趋于抵消。以 差分形式接收双绞线信号将增强“抵消”效应。

  也可以利用屏蔽导体将双绞线包裹起来,起到静电屏蔽作用。屏蔽增大了杂散电容,作用相当于低通滤波器,进一步衰减RF干扰。导线的阻性和感性为串联元件,分散电容对地形成低通滤波器。当通信链路仅传输低频信号时,例如电话音频或其它窄带信号,这一特性有助于改善传输效果。

  举例说明,温度测量的速度可能受限于被测对象的物理质量。家用加热器可能只需要每隔一、两分钟测量一次温度。由于空气、墙壁、地板和天花板的质量比较大,温度变化非常缓慢。所以,每秒钟测量数百万次温度对加热器的温度测量或温度控制毫无意义。

  我们转向室外,室外产生的RFI可能进入室内。以我家为例,我家距离一座50,000W AM电台大约1英里。不幸的是,电话线MHz信号。信号在电话中经过检波,恢复出电台的音频信号。每每听到这个干扰信号会让人难以忍 受,这一干扰严重影响了电话的调制解调器。电台播音室与发射机和天线相邻,系统维护比较方便。按道理说,工程师比较擅长消除音频和电线MHz信号,于是我们通过“噪杂”的电话提出维修申请,并询问了他们使用的是什么低通滤波器。

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