通過激勵(lì)板外傳感器和負(fù)載實(shí)現(xiàn)噪聲抑制

　　在分布式系統(tǒng)中，模擬信號(hào)在傳感器或負(fù)載間來回遠(yuǎn)程傳輸。 由于信號(hào)要傳輸很長(zhǎng)的距離，因此，噪聲抑制能力成為一個(gè)重要考慮因素： 噪聲會(huì)耦合進(jìn)信號(hào)中，結(jié)果使數(shù)據(jù)遭到破壞，由此產(chǎn)生不良影響。 為了有效保護(hù)此類系統(tǒng)，我們必須了解預(yù)期噪聲的量級(jí)和性質(zhì)。 這樣有助于明確需要采取的保護(hù)措施，以便抵消或者至少減少環(huán)境干擾水平。

　　噪聲源或干擾源一般有兩種，取決于其耦合進(jìn)主信號(hào)的方式： 共模噪聲和差模噪聲(圖1)。

　　二者中危害較小的共模噪聲會(huì)同時(shí)耦合到系統(tǒng)GND信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)中，這主要是由電纜與真實(shí)GND間的偶極天線效應(yīng)造成的。 這種情況不會(huì)使信號(hào)減弱，因?yàn)樵肼曂瑫r(shí)耦合進(jìn)兩個(gè)通道，而且幅度相似。

　　然而，共模噪聲會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失調(diào)，使真實(shí)GND升高，結(jié)果導(dǎo)致兩種不良效應(yīng)： 如果間接折合到真實(shí)GND(比如，通過金屬箱保護(hù)傳感器時(shí))，則可能使負(fù)載飽和;并且/或者可能產(chǎn)生電弧，結(jié)果會(huì)損壞傳感器。 在激勵(lì)惠斯登電橋時(shí)，共模噪聲的問題尤其明顯。 此時(shí)，輸出信號(hào)需要由控制器處理，其中一般要用到一個(gè)具有有限共模抑制比(CMRR)的儀表放大器。 最終結(jié)果是噪聲可能被放大。

　　為了減少共模噪聲，我們可以用低通濾波器，如RC濾波器，或者使用共模扼流圈來過濾輸入信號(hào)。 需要記住的是，不對(duì)稱衰減的共模噪聲會(huì)產(chǎn)生差模噪聲。 在實(shí)際應(yīng)用中，不對(duì)稱衰減的一個(gè)例子是低通濾波器;一個(gè)電阻和電容實(shí)現(xiàn)截止頻率，但受元件容差影響，兩條線路中的截止頻率不一樣。

　　第二種也是最麻煩的噪聲是差模噪聲，這種噪聲是在激勵(lì)與系統(tǒng)GND之間耦合的。 該噪聲之所以會(huì)耦合到信號(hào)中，是因?yàn)橄到y(tǒng)GND與類似于天線的信號(hào)電纜之間存在電流環(huán)路。 在部分應(yīng)用中(如化學(xué)分析)，出于安全考慮，傳感器可能置于獨(dú)立于控制器的腔室中。 這種設(shè)置會(huì)導(dǎo)致數(shù)十或數(shù)百米的電流環(huán)路，結(jié)果，任何磁通量都可能在信號(hào)中產(chǎn)生電流噪聲，從而使數(shù)據(jù)遭到破壞。 為了減少差模噪聲的影響，最好使用鐵氧體材料來過濾高頻輻射信號(hào)，在控制器與傳感器之間采用星型連接，同時(shí)還要使用屏蔽電纜。

　　在這兩種情況下，如果噪聲足夠大，設(shè)備可能因電氣過應(yīng)力而受損，尤其是當(dāng)負(fù)載為電機(jī)或熒光燈時(shí)。 受物理電磁元件和所產(chǎn)生信號(hào)性質(zhì)的影響，這樣的負(fù)載構(gòu)成一種強(qiáng)大的電磁兼容性/干擾(EMC/EMI)源。 一種較好的做法是使用EMC/EMI抑制器，如靜電放電(ESD)保護(hù)裝置，以確保系統(tǒng)能維持特定的穩(wěn)定水平。

　　在實(shí)現(xiàn)部分上述方法時(shí)，主要影響因素是與元件相關(guān)的電容。甚至電纜也會(huì)含有寄生電容，因此不能忽略。寄生電容與電纜的長(zhǎng)度、類型和等級(jí)成比例見表1。