電力線噪音干擾及解決

噪音與濾波器的問題談起來可能要很長時間。因此，在寫這篇文章之前我決定把噪音與濾波器的問題分為三篇文章來寫。

這篇文章我將向大家解釋電力線噪音以及它對 X10 系統(tǒng)的影響。下一篇文章將談一談濾波器的工作原理。第三篇文章我們把前兩篇文章綜合一下來談?wù)勗趯嶋H應(yīng)用中如何用濾波器降低電力線的噪音。如果有可能，我還會向大家介紹全屋阻波器的應(yīng)用。當(dāng)然那可能是第四篇文章。

在 X10 世界里，電力線噪音是影響 X10 系統(tǒng)的最有爭議的問題。我們就從噪音以及噪音在示波器上的樣子談起。圖一是 220V 電力線上有一點點噪音的樣子。我的確不太想用“噪音”這個術(shù)語。在大多數(shù)情況下我還是更愛用“干擾”這個詞。

從專業(yè)角度來說是電力線“噪音”“干擾”了 X10 系統(tǒng)。但有一次一位客戶問我：“你說的是什么意思，噪音？我怎么沒有聽到呢？”。從那以后我就改為是電力線中的“干擾”影響了 X10 系統(tǒng)，這樣大家就很好理解了。但是在這篇文章中我還是會用“噪音”這個詞。我想你一定不會不同意吧！

我桌子上的字典這樣解釋噪音這個詞：嘈雜的、令人不快的特殊聲音。顯然這樣的解釋并不全面（不過，我還是比較喜歡“令人不快”這部分解釋）。而且還會給我們理解這篇文章帶來一定難度。那就換一個詞“污染”，它在字典中的解釋是：被染污，使其變得不純凈。你當(dāng)?shù)氐墓╇婋娫矗ㄔ谥袊?50Hz ，在美國是 60Hz ）是非常干凈的。不幸的是，許多公司的產(chǎn)品（當(dāng)然是電子產(chǎn)品）會產(chǎn)生很高頻率的負(fù)影響，并且把這個負(fù)影響反向發(fā)射到電力線上。它們 污染 了電力線的環(huán)境。

當(dāng)電力線污染產(chǎn)生時，我也試著用肥皂去洗電線（開玩笑）。每個人都可以用長江水，但請不要污染她。這個觀點我想我們都會同意吧！而這又與電力線污染有什么區(qū)別呢？每個人都可以用電力線的能量，但是請不要污染她！顯然，人們并不是很重視電力線污染問題。許多公司都聲稱他們的產(chǎn)品不會污染電力線。但是還是有一部分產(chǎn)品會污染電力線。

為什么我總是談?wù)撾娏€的污染問題，因為它不止是 X10 的問題，電力線污染會摧毀很多種家用電器。你遇到過電腦死機嗎？ ... 你遇到過電視突然沒有圖像嗎？ … 傳真中斷？ … 音響雜音？ … 燈忽亮忽暗？所有這些問題，也許更多，都可以歸結(jié)為電力線污染。許多醫(yī)院或研究院都要求不能用電子鎮(zhèn)流器式的日光燈，他們的許多設(shè)備都對電力污染很敏感 , 而電子鎮(zhèn)流器式日光燈會產(chǎn)生電力線污染 .

我們回到 1900 年，那時的煤礦工人下井時總是會帶上一只金絲雀 , 如果金絲雀昏倒，那么就說明礦井里有危險的瓦斯氣。如果金絲雀死了，那么他們就必須馬上離開礦井。 X10 系統(tǒng)就好比金絲雀。如果你的 X10 系統(tǒng)因為電力線噪音而發(fā)生問題，那么你家中的其它用電器也會受到影響，只是時間稍長一些。 X10 系統(tǒng)會因為電力線噪音而時靈時不靈，偶爾也會變成“死”系統(tǒng) ( 就像金絲雀 ) 。

我在這里想提醒那些生產(chǎn)或出售污染電力線電器的人們（特別是一些假冒偽劣產(chǎn)品），請你們負(fù)起責(zé)任并采取行動改進你們的電器性能。因為好的電器（真的長城認(rèn)證或 CE 認(rèn)證）是不會向電力線發(fā)出噪音的。

當(dāng)使用者裝上一個新的 X10 接收器時，本地控制可以，但網(wǎng)絡(luò)控制卻不行時，原因一般有以下三點：

⒈ 信號傳錯了線（當(dāng)然這種情況是非常少見的 , 我們在本文中就不再討論）

⒉ 信號強度不夠（當(dāng)然可以用一些耦合器或濾波器解決）

⒊ 電力線污染（或稱之為噪音，干擾）。

電力線污染是個新問題嗎？不是，但是在當(dāng)今時代顯現(xiàn)的越來越嚴(yán)重。有兩點原因：第一，現(xiàn)在有比以前更多的電氣設(shè)備，更多的電子日光燈，更多的電腦還有更多的大屏幕電視。第二，現(xiàn)在有許多已經(jīng)被使用或未被使用的高科技產(chǎn)品。電力線噪音現(xiàn)在仍然存在是因為沒有約束它的標(biāo)準(zhǔn)。 FCC 只是約束 450KHz 以上的噪音（ AM 頻段的下限）， UL 認(rèn)證只是約束電力線噪音為“安全”的。影響 X10 系統(tǒng)的頻段分布在 80KHz—150KHz 之間，而在這個頻段上幾乎沒有標(biāo)準(zhǔn)！

在此，我的觀點是很明確的！那些生產(chǎn)發(fā)出電力線噪音的電氣生產(chǎn)商，請你們肩負(fù)起減小電力線噪音的責(zé)任。不管怎么樣，雖然我說出了我的觀點，但我也沒有很好的辦法同生產(chǎn)商談。所以當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生電力氣噪音的電器時，最好的辦法是不用它，換一個品牌的產(chǎn)品。

Pico 的工程師是很有遠見的，早在 1978 年他們定義 X10 的信號時就選擇了正弦波的過零點為載波時間。時至今日，過零點仍然是最干凈，最不易受干擾的地方。

他們的另一個好主意是使用“補碼”來發(fā)射數(shù)字信息。（在當(dāng)時還有一部重要的決定就是“ X10 二進制擴展碼”，擴展碼的應(yīng)用在近幾年非常廣泛，比如在 A10 系統(tǒng)中，這點我以后會為大家作解釋）

在標(biāo)準(zhǔn)的 TTL （ TRANSISTOR TO TRANSISTOR LOGIC ）電路中，以什么也不發(fā)射（低電平）代表“ 0 ”。但在多數(shù)情況下，電力線會好幾個小時都有什么也不發(fā)射（至少 X10 系統(tǒng)不發(fā)射），如果說不重新定“ 0 ”，那么接收端會認(rèn)為發(fā)射端發(fā)射了一連串的“ 0 ”。所以 Pico 工程師（發(fā)明 X10 協(xié)議的人）決定用 0—1 代表“ 0 ”用 1—0 代表“ 1 ”（如圖二所示）用這種方法代替那種“發(fā)射”代表“ 1 ”，“不發(fā)射”代表“ 0 ”的原始方法是很有遠見的。

在 1989 年， X10 工程師改進了二進制碼的接收電路，并提高了接收的可靠性，后來我們得到了新一代的可以抵御干擾的 AGC 和門限 AGC 接收器。我們先看一些噪音，再談 AGC 電路

。

圖三給我們展示了一個看似很干凈的正弦波，但是如果你把電腦的屏幕放大，你可以發(fā)現(xiàn)這個正弦波上還是有一些小小的干擾。大多數(shù)地區(qū)電力線的正弦波都是比較干凈的。比如在美國電力線一般是 10—25mV 的噪音，中國電力線一般會有 25—50mV 的噪音。當(dāng)然噪音的大小還取決于你家中的電器和電器的開關(guān)狀態(tài)。在大多數(shù)家庭用房中，噪音的水平是處于 X10 系統(tǒng)的允許范圍內(nèi)的。

接下來我將向你展示一些圖形。第一點，以下展示的一些圖形有些夸張，請相信我，這只是一些示意圖，因為我要向你展示一些電力線的正弦波（它們的振幅非常高，可達 300V 以上）還有 X10 載波信號或噪音（對比起來它們振幅只有幾伏或幾十毫伏），如果我把它們按正常的比例顯示給大家看，那你根本就看不到載波信號或噪音，只能到一個 300V 振幅的正弦波。所以以下的圖只是示意圖。第二點，我會向你展示一些簡單的 X10 協(xié)議。不管怎么說，以下的解釋可能你會不好理解，但當(dāng)你把這篇和我以后要寫的幾篇文章看完后就會明白一切的。（聽起來好像電腦游戲的攻略）

如圖四所示，那是一個標(biāo)準(zhǔn)的沒有令人反感的背景噪音的 X10 電力載波信號（請記住這只是一個放大了振幅的示意圖）。對于這樣的載波信號 X10 接收器可以很容易地將字符串從電力線中萃取出來，并且加工，執(zhí)行動作。

讓我們回到 1980 年的美國，當(dāng)時是美國的科技爆炸時代，許多的家用電器以及新科技被用于家庭。隨之而來的是電力線噪音不斷增長， X10 工程很快響應(yīng)并改進了接收 X10 載波信號的算法。當(dāng)然細(xì)說起來會花很長時間，簡單地說，他們把每個周期的 120KHz 的脈沖個數(shù)進行計算，從而提高了接收器的頻率響應(yīng)特性。

到了 1990 年，由于家庭中出現(xiàn)了電腦，大屏幕電視，傳真機以及許多電子小器具， X10 工程師很快響應(yīng)并推出“ AGC ”（ AUTOMATIC GAIN CONTROL 自動增益控制）接收方法。許多天線電愛好者都知道 AGC 被廣泛地用于電視機和收音機電路中，用于改善接收效果。簡單地說，如果使用 AGC 電路，那么它的輸出量不再是一個恒定的量，而且根據(jù)系統(tǒng)的需要和控制，應(yīng)用反饋電路輸一個可以變化的量。這就好像現(xiàn)在有些高級的汽車音響一樣，當(dāng)你在高速公路上開車并打開車窗時它就會自動把音量增大，當(dāng)你停在紅綠燈前時，它會自動把音量減小。

AGC 電路使 X10 接收器進入了一個新時代，它可以自動判斷電力線干擾的大小，這就意味著它可以更好的地區(qū)分噪音與信號。但在很強的干擾下， AGC 電路也不會很好的工作。 AGC 電路要求 X10 載波強度至少要比背景噪音大一倍。

如圖五所示的噪音，即使是最新的 X10 AGC 接收器也對它無濟于事，從圖中我們可以看出 X10 信號并沒有比噪音大一倍。

AGC 接收電路要做的比 X10 系統(tǒng)強一些，它的信噪比可達 1.25 ∶ 1 （ X10 是 2 ∶ 1 ），但是現(xiàn)在只供應(yīng)國外市場（因為價格很高），我們期待著有一天也會供應(yīng)國內(nèi)市場！