噪声和干扰

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摘要：本文介绍了噪声、干扰的概念、分类及产生的原因，并就此提出了相应的解决方法。同时讲了滤波电容在降噪电路中和模拟数字电路中的降噪技术的应用。

关键词：噪声、干扰

一、噪声和干扰的概念

1、噪声

噪声指在信号检测的领域内，检测系统检测和传输的有用信号以外的一切信号均被称为噪声。当噪声进入电子设备接收机时，在有用信号上附加了一个随机信号，使有用信号部分地改变或失去原有的信号特征。当噪声功率大于有用信号功率时，有用信号就会完全淹没在噪声干扰之中，而使电子设备难以检测到有用信号。所以，噪声问题是一个极其重要的工程问题。噪声按来源分为内部噪声和外部噪声两种：

内部噪声主要是由于器件本身、电路设计、制造工艺等因素产生的。由元器件产生的称固有噪声，电路中几乎所有的元器件在工作时都会产生一定的噪声。这种噪声是连续的，基本上是固定不变的，并且频谱分布很广泛。这种噪声几乎可以不用实验，在图纸上进行计算就可以推算出来。

电路本身的设计失误或者安装工艺上的缺陷也会产生噪声。电路设计失误往往会导致电路的轻微自激。安装工艺失误产生噪声的情况很多，比如接插件接触不良，接触表面形成二极管效应或者接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化，将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边，将一些有轻微振动的元器件放在对振动敏感的元器件旁边，或者没有足够的避震措施等都会产生噪声。

外部噪声是由设备所在的电子环境和自然环境所造成的。外部噪声主要三方面：

空间辐射干扰噪声：任何导体通过交变电流的时候都会引起周围电场强度的变化，这种变化就是电场辐射。同样，像变压器这样的磁体也会引起周围磁场强度的交替变化。交变电场和磁场中的闭合导体会产生和电场磁场变化频率相同的感应电流。这种感应电流叠加在信号中就会产生噪声。

线路串扰噪声：某些电气设备会产生干扰信号，这些干扰信号通过电源、信号线等线路直接窜入电气设备中会产生噪声。

传输噪声：这种噪声是信号在传输过程中由于传输介质的问题产生的，比如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等等。其中，地电流串扰是经常容易被忽视的问题。一旦这个接地出现故障，由于接地不良，空间辐射对于信号传输的影响也会加剧。

干扰

干扰是指不用来传递有用信息的时变物理量对有用信息物理量的不良影响。整流电路产生的谐波电压及开关电源产生的开关频率脉冲电压反映在输出端的电压会形成干扰；外界电磁场，电路中接地线不合理和整流电源的交流纹波，具有放大功能的电路中由于引入不正当的正反馈耦合而引起的自激振荡，电流突变引起的尖峰电流，反射、辐射噪声对有用信号均能形成干扰。

二、噪声和干扰的解决方法

要滤除电路中噪声、干扰可以采取下面方法：

首先要切断噪声和干扰源、切断其传播途径，可以采用屏蔽措施和隔离措施。

屏蔽措施：屏蔽又分两种，即电场屏蔽及磁场屏蔽。电场屏蔽是利用电的良导体封闭噪声源，或噪声接收敏感电路，使其在电磁场内产生涡流效应，防止干扰信号发出或接收；磁场屏蔽采用高通导磁材料制成屏蔽层，以防止低频磁通干扰。电子设备、测量仪器及仪表屏蔽时遵循以下原则：电场屏蔽罩必须与被屏蔽的电路零信号基准电位相接；磁场屏蔽:罩必须封闭形成磁通路，不能有缝隙。

隔离措施：隔离是使电路相互独立，不成回路。有效地切断噪声通道，常用方法有三种：采用光电耦合器件；用继电器隔离；用隔离变压器隔离，选频滤波用RC 或LC 滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。

其次是选择低噪声噪、对声不敏感的元器件；选用合适的放大电路；加滤波环节或选用合适的滤波处理方法。

三、滤波电容在抗干扰电路中的应用

滤波电容常用在电源整流电路中，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑。小电容滤除高频，大电容滤除低频。线路板设计时，常在电源附近加一些滤波电容。在有高频信号的时候，还要并联小电容。大电容的高频特性比较差，在高频时，存在着感抗，所以频率高到一定程度时，阻抗反而大于其容抗，所以要并联小电容。

滤波电容的谐振频率由等效电感和电容共同决定的。电容值或电感值越大，则谐振频率越低，电容的高频滤波效果越差。因此电容器的引线长度是一个十分重要的参数。引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短。

四、电子电路中噪声干扰的处理技巧

对于低频模拟电路，应尽量加粗和缩短地线，同时电路各部分采用一点接地防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。坚决避免地线环路。

对于高频电路和数字电路，由于这时地线的电感效应影响会更大，一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响，这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。还要抑制高频电路的高频辐射噪声。方法是：加粗地线，降低噪声对地阻抗；满接地，即除信号线以外，其他部分全作为地线。不要有无用的大面积铜箔。地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声，但环路所包围面积不可过大，以免仪器处于强磁场中时，产生感应电流。

既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，克服的办法是分开模拟地和数字地[1]，仅有一点共地，如果有A/D，则只在此处单点共地。高频时，可通过磁珠把模拟和数字地一点共地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连，会导致互相干扰。理由如上有四种方法解决此问题：1、用磁珠连接；2、用电容连接；3、用电感连接；4、用0欧姆电阻连接。

结 语：

在降噪和抗干扰处理方法中，最重要的是屏蔽技术和接地技术，正确应用这两种技术，将会显著减小噪声干扰，另外再辅以相应的隔离措施，则可基本消除干扰，从而确保电气设备正确、安全、稳定运行。