電力線噪音干擾及解決

噪音與濾波器的問(wèn)題談起來(lái)可能要很長(zhǎng)時(shí)間。因此，在寫這篇文章之前我決定把噪音與濾波器的問(wèn)題分為三篇文章來(lái)寫。

這篇文章我將向大家解釋電力線噪音以及它對(duì) 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(lái)談?wù)勗趯?shí)際應(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(huì)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(zhēng)議的問(wèn)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(diǎn)點(diǎn)噪音的樣子。我的確不太想用“噪音”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。在大多數(shù)情況下我還是更愛(ài)用“干擾”這個(gè)詞。

從專業(yè)角度來(lái)說(shuō)是電力線“噪音”“干擾”了 X10 系統(tǒng)。但有一次一位客戶問(wèn)我：“你說(shuō)的是什么意思，噪音？我怎么沒(méi)有聽(tīng)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(huì)用“噪音”這個(gè)詞。我想你一定不會(huì)不同意吧！

我桌子上的字典這樣解釋噪音這個(gè)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(guò)，我還是比較喜歡“令人不快”這部分解釋）。而且還會(huì)給我們理解這篇文章帶來(lái)一定難度。那就換一個(gè)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?guó)是 50Hz ，在美國(guó)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(huì)產(chǎn)生很高頻率的負(fù)影響，并且把這個(gè)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(shí)，我也試著用肥皂去洗電線（開(kāi)玩笑）。每個(gè)人都可以用長(zhǎng)江水，但請(qǐng)不要污染她。這個(gè)觀點(diǎn)我想我們都會(huì)同意吧！而這又與電力線污染有什么區(qū)別呢？每個(gè)人都可以用電力線的能量，但是請(qǐng)不要污染她！顯然，人們并不是很重視電力線污染問(wèn)題。許多公司都聲稱他們的產(chǎn)品不會(huì)污染電力線。但是還是有一部分產(chǎn)品會(huì)污染電力線。

為什么我總是談?wù)撾娏€的污染問(wèn)題，因?yàn)樗恢故?X10 的問(wèn)題，電力線污染會(huì)摧毀很多種家用電器。你遇到過(guò)電腦死機(jī)嗎？ ... 你遇到過(guò)電視突然沒(méi)有圖像嗎？ … 傳真中斷？ … 音響雜音？ … 燈忽亮忽暗？所有這些問(wèn)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(duì)電力污染很敏感 , 而電子鎮(zhèn)流器式日光燈會(huì)產(chǎn)生電力線污染 .

我們回到 1900 年，那時(shí)的煤礦工人下井時(shí)總是會(huì)帶上一只金絲雀 , 如果金絲雀昏倒，那么就說(shuō)明礦井里有危險(xiǎn)的瓦斯氣。如果金絲雀死了，那么他們就必須馬上離開(kāi)礦井。 X10 系統(tǒng)就好比金絲雀。如果你的 X10 系統(tǒng)因?yàn)殡娏€噪音而發(fā)生問(wèn)題，那么你家中的其它用電器也會(huì)受到影響，只是時(shí)間稍長(zhǎng)一些。 X10 系統(tǒng)會(huì)因?yàn)殡娏€噪音而時(shí)靈時(shí)不靈，偶爾也會(huì)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(qǐng)你們負(fù)起責(zé)任并采取行動(dòng)改進(jìn)你們的電器性能。因?yàn)楹玫碾娖鳎ㄕ娴拈L(zhǎng)城認(rèn)證或 CE 認(rèn)證）是不會(huì)向電力線發(fā)出噪音的。

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

⒈ 信號(hào)傳錯(cuò)了線（當(dāng)然這種情況是非常少見(jiàn)的 , 我們?cè)诒疚闹芯筒辉儆懻摚?

⒉ 信號(hào)強(qiáng)度不夠（當(dāng)然可以用一些耦合器或?yàn)V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(gè)新問(wèn)題嗎？不是，但是在當(dāng)今時(shí)代顯現(xiàn)的越來(lái)越嚴(yán)重。有兩點(diǎn)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?yàn)闆](méi)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(gè)頻段上幾乎沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)！

在此，我的觀點(diǎn)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(qǐng)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(shuō)出了我的觀點(diǎn)，但我也沒(méi)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(shí)，最好的辦法是不用它，換一個(gè)品牌的產(chǎn)品。

Pico 的工程師是很有遠(yuǎn)見(jiàn)的，早在 1978 年他們定義 X10 的信號(hào)時(shí)就選擇了正弦波的過(guò)零點(diǎn)為載波時(shí)間。時(shí)至今日，過(guò)零點(diǎn)仍然是最干凈，最不易受干擾的地方。

他們的另一個(gè)好主意是使用“補(bǔ)碼”來(lái)發(fā)射數(shù)字信息。（在當(dāng)時(shí)還有一部重要的決定就是“ X10 二進(jìn)制擴(kuò)展碼”，擴(kuò)展碼的應(yīng)用在近幾年非常廣泛，比如在 A10 系統(tǒng)中，這點(diǎn)我以后會(huì)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(huì)好幾個(gè)小時(shí)都有什么也不發(fā)射（至少 X10 系統(tǒng)不發(fā)射），如果說(shuō)不重新定“ 0 ”，那么接收端會(huì)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(yuǎn)見(jiàn)的。

在 1989 年， X10 工程師改進(jìn)了二進(jìn)制碼的接收電路，并提高了接收的可靠性，后來(lái)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(gè)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(gè)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(guó)電力線一般是 10—25mV 的噪音，中國(guó)電力線一般會(huì)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(kāi)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(lái)我將向你展示一些圖形。第一點(diǎn)，以下展示的一些圖形有些夸張，請(qǐng)相信我，這只是一些示意圖，因?yàn)槲乙蚰阏故疽恍╇娏€的正弦波（它們的振幅非常高，可達(dá) 300V 以上）還有 X10 載波信號(hào)或噪音（對(duì)比起來(lái)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(hào)或噪音，只能到一個(gè) 300V 振幅的正弦波。所以以下的圖只是示意圖。第二點(diǎn)，我會(huì)向你展示一些簡(jiǎn)單的 X10 協(xié)議。不管怎么說(shuō)，以下的解釋可能你會(huì)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(huì)明白一切的。（聽(tīng)起來(lái)好像電腦游戲的攻略）

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

讓我們回到 1980 年的美國(guó)，當(dāng)時(shí)是美國(guó)的科技爆炸時(shí)代，許多的家用電器以及新科技被用于家庭。隨之而來(lái)的是電力線噪音不斷增長(zhǎng)， X10 工程很快響應(yīng)并改進(jìn)了接收 X10 載波信號(hào)的算法。當(dāng)然細(xì)說(shuō)起來(lái)會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間，簡(jiǎn)單地說(shuō)，他們把每個(gè)周期的 120KHz 的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)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(jī)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(dòng)增益控制）接收方法。許多天線電愛(ài)好者都知道 AGC 被廣泛地用于電視機(jī)和收音機(jī)電路中，用于改善接收效果。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果使用 AGC 電路，那么它的輸出量不再是一個(gè)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(gè)可以變化的量。這就好像現(xiàn)在有些高級(jí)的汽車音響一樣，當(dāng)你在高速公路上開(kāi)車并打開(kāi)車窗時(shí)它就會(huì)自動(dòng)把音量增大，當(dāng)你停在紅綠燈前時(shí)，它會(huì)自動(dòng)把音量減小。

AGC 電路使 X10 接收器進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，它可以自動(dòng)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(hào)。但在很強(qiáng)的干擾下， AGC 電路也不會(huì)很好的工作。 AGC 電路要求 X10 載波強(qiáng)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(duì)它無(wú)濟(jì)于事，從圖中我們可以看出 X10 信號(hào)并沒(méi)有比噪音大一倍。

AGC 接收電路要做的比 X10 系統(tǒng)強(qiáng)一些，它的信噪比可達(dá) 1.25 ∶ 1 （ X10 是 2 ∶ 1 ），但是現(xiàn)在只供應(yīng)國(guó)外市場(chǎng)（因?yàn)閮r(jià)格很高），我們期待著有一天也會(huì)供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)！