噪声

抑制电子电路噪声的方法


接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大措施

所谓地线就是在信号线间并行存在的额外的一根线,其特点就是与信号线的距离很近,这样就能收集到信号线脉冲时候所产生的电磁感应电势,从而在地线电路中形成电势差,也就是地线噪声,收集的意义就是能避免相邻信号线之间相互感应和干扰,提高各自信号线的信号纯度,提高功能模块的稳定性,而地线收集到的噪声必须妥善处理才能消除对信号线的影响。

地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗,当电流流过地线时,会在地线上产生电压,这就是地线噪声。在这个电压的驱动下,会产生地线环路电流,形成地环路干扰。当两个电路共用一段地线时,会形成公共阻抗耦合。解决地环路干扰的方法有切断地环路,增加地环路的阻抗,使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗,或采用并联单点接地,彻底消除公共阻抗。

在PCB设计中,尤其是在高频电路中,经常会遇到由于地线干扰而引起的一些不规律、不正常的现象。本文对地线产生干扰的原因进行分析,详细介绍了地线产生干扰的三种类型, 并根据实际应用中的经验提出了解决措施。这些抗干扰方法在实际应用中取得了良好的效果,使一些系统在现场成功运行。 在单片机系统中,PCB(印制电路板)是用来支撑电路元件,并提供电路元件和器件之间电气连接的重要组件,PCB导线多为铜线,铜自身的物理特性也导致其在导电过程中必然存在一定的阻抗, 导线中的电感成分会影响电压信号的传输,电阻成分则会影响电流信号的传输,在高频线路中电感的影响尤为严重,因此,在PCB设计中必须注意和消除地线阻抗所带来的影响。

电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗,而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗,这个阻抗主要是由导线的电感引起的。由于地线总是存在阻抗,因此用万用表测量地线时,地线的电阻一般是mmΩ级。以PCB上一段长10 cm、宽15 mm,厚度为50μm的导线为例,通过计算可得到其阻抗的大小。R=ρL/s(Ω),式中L为导线长度(m),s为导线截面积(mm2),ρ为电阻率ρ=0.02,因此该导线电阻值约为0.026 Ω。


采用以下几种方法可有效地降低放大器或其他电路的噪声系数:   

  • 选用低噪声器件和元件
    • 对晶体管而言,应选用rb (rbb)和噪声、系数NF小的管子,并使其截止频率远大于工作频率。对碳棒电阻和碳膜电阻而言,由于存在接触噪声,因而,不如选用金属膜电阻好。
  • 正确选择晶体管放大级的直流工作点
    • 晶体管放大级的噪声系数和晶体管的直流工作点有很大关系,由于Ie的变化直接影响re的变化,当信号源内阻与放大器输入内阻匹配时,噪声系数最小。但另一方面,Ie太小,功率增益太低,使NF’上升;Ie太大,由于晶体管的散粒和分配噪声增加,也使NF上升,因此,应选择最佳Ie。
  • 选择合适的信号源内阻
    • 在较低工作频率范围内,最佳信号源内阻约为500—2000欧姆,与共发射极放大器的,输入电阻接近;在较高工作频率范围内,最佳内阻与共基极放大器的输入电阻接近,因此,不同频率范围宜选用不同放大器电路,以适应阻抗匹配。
  • 选择合适的工作带宽
    • 带宽过大时,内部噪声增加;过窄时,产生失真,因此应选择合适的带宽,使噪声系数最小。
  • 选用合适的放大电路
    • 共发一共基极级联放大器、共源一共栅极级联放大器均有较好的性能,应选用这类电路以使噪声最小。
  • 降低放大器的工作温度
    • 热噪声是内部噪声的主要来源之一,因此应降低主要器件的工作温度

参考资料: 电路板噪声原理和噪声抑制

© Hongyi Wu            updated: 2018-05-14 17:19:27

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