高頻信號(hào)干擾知識(shí)問答
問:我聽說射頻(RF)信號(hào)能使低頻電路產(chǎn)生奇怪現(xiàn)象。這究竟是怎么 回事?
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/155481.htm答:我有一次去法國(guó),因?yàn)锳DI公司的壓頻轉(zhuǎn)換器(VFC)AD654發(fā)生“精度不合 格”問題。在我的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量這個(gè)有問題的器件發(fā)現(xiàn)該器件性能穩(wěn)定并且符合技術(shù)指標(biāo)要求 ,但是當(dāng)我返回用戶那里進(jìn)行測(cè)試則不能重復(fù)我的測(cè)試結(jié)果。正當(dāng)我想到事件發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)去 考察以證實(shí)我 的懷疑的時(shí)候,我發(fā)現(xiàn)該用戶所在城市有一家名叫“La Cognette”飯店有三個(gè)衛(wèi)星通信天 線。這個(gè)問題我沒有輕易放下,對(duì)用戶進(jìn)行考察感到更加有必要。在英格蘭 認(rèn)真考察在 Bo eing 風(fēng)洞測(cè)試數(shù)據(jù)偏差的Herman Gelbach,答應(yīng)過來幫助我,并認(rèn)為這是一個(gè)很有 趣的技術(shù)問題(但是在他決定幫助我之前,我注意到他認(rèn)真地調(diào)查了有關(guān)衛(wèi)星通信天線的情 況)。
從英格蘭南部的Newbury城ADI公司的辦事處出發(fā)驅(qū)車到法國(guó)的中心,開車用6個(gè)小時(shí), 汽車輪渡英吉利海峽用 6個(gè)小時(shí),并且從左側(cè)通行改為右側(cè)通行。不管怎樣,開車比乘飛機(jī)好,因?yàn)槠嚹軒л^多 的測(cè)試設(shè)備(和便攜式移動(dòng)電臺(tái)以及兩個(gè)移動(dòng)電話)。
當(dāng)我們考察用戶的工作環(huán)境時(shí),我們來回穿越巨大的短波發(fā)射天線。我們開始猜測(cè)問題 可能出在這里,然后當(dāng)我們進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí),我攜帶一個(gè)2米波段手持對(duì)講機(jī)放在衣服口袋里 。
當(dāng)用戶報(bào)告時(shí),AD654確實(shí)性能不穩(wěn)定,VFC的輸出頻率在幾分鐘時(shí)間內(nèi)其等效電壓偏移可 達(dá)幾十毫伏(mV)。我把手冷靜地插入口袋里,并且按下我的對(duì)講機(jī)的發(fā)射按鈕,此時(shí)輸出頻 率的等效值電壓跳到150 mV,從而驗(yàn)證了高頻干擾帶來的問題。后來比較正式的測(cè)試結(jié)果表 明當(dāng)?shù)?法國(guó)海外廣播電臺(tái))發(fā)射機(jī)在我們用戶工作范圍內(nèi)產(chǎn)生的高頻場(chǎng)強(qiáng)每米為幾十或幾百 毫伏(mV/m)。
由此可見,精密測(cè)量電路中的許多不穩(wěn)定問題都可以歸結(jié)到高頻干擾, 除非音響系統(tǒng) 不接受附近廣播電臺(tái)播放很強(qiáng)的搖滾音樂。用戶忽視了這種不穩(wěn)定的干擾源并且責(zé)備放大 器或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)廠家,這是很正常的。
此外,用大功率信號(hào)去影響AD654是不常見的,因?yàn)锳D654是一種單端輸入并且對(duì)RF信號(hào) 又相當(dāng)不靈敏。但對(duì)于具有差分放大作用的儀表放大器卻是比較常見的,因 為儀表放大器的兩個(gè)輸入端對(duì)地輸入阻抗很高,因此 容 易受到低功率(來自個(gè)人計(jì)算機(jī)PC輻射)RF干擾(請(qǐng)見ADI公司出版的 Analog Devices System Design Seminar Notes 和 System Application Guide,1993)。
在儀表放大器中很重要的一個(gè)因素是共模抑制隨頻率增加而減小(從很低的頻率開始減 小),即失真隨頻率增加。這樣不僅僅是不抑制高頻共模信號(hào),而且使高頻共模信號(hào)失真, 產(chǎn) 生失調(diào)。對(duì)于RF干擾可能性很強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)合,AD830差分放大器具有很寬的共模抑制,它是 為線接收器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。AD830可能是儀表放大器有用的替換。
傳感器通常用長(zhǎng)電纜將其連接到信號(hào)調(diào)節(jié)電子設(shè)備。無線電工程師對(duì)于這種幾根長(zhǎng) 導(dǎo)線有一個(gè)專有名詞,稱之為“天線”。從傳感器到其電子設(shè)備之間的這種長(zhǎng)饋線將按照同 樣的表現(xiàn)行為也會(huì)起到一個(gè)天線的作用,即使我們不希望它起到天線的作用也是如此。如果 傳感器的外殼接地就設(shè)有問題了,因?yàn)樵诟哳l情況下外殼的電抗和饋線使整個(gè)系統(tǒng)起到一個(gè) 天線的作用,而且天線接受的任何高頻信號(hào)(電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))都將出現(xiàn)在阻抗上。對(duì)于 上述高頻信號(hào)最可能的終止位置是在放大器的輸入端。精密低 頻放大器很少與大的高頻信號(hào)耦合,所以輸出結(jié)果只表現(xiàn)出常見的可調(diào)整失調(diào)誤差。
問:這種情況對(duì)我來說不可能會(huì)發(fā)生!
答:我可不認(rèn)為你不會(huì)遇到這種情況。如果你認(rèn)為你的電路不會(huì)遇到這種問題, 我愿跟你賭一頓午餐,我總是會(huì)很容易地贏得這頓午餐。在2米(144~148MHz)范圍內(nèi),我使 用一臺(tái)手持對(duì)講 機(jī),在1米距離內(nèi)每秒1瓦的功率幾乎每次都會(huì)贏得這頓午餐,而這個(gè)不太引人注目的測(cè)試卻 同樣地令人信服。
斷開傳感器及其引線。將放大器的輸入端對(duì)地用盡量短的連線短路,然后測(cè)量放大器的 輸出端,在幾分鐘時(shí)間范圍內(nèi)觀測(cè)其輸出穩(wěn)定?,F(xiàn)在除去短路,恢復(fù)傳感器引線,并將其置 于正常工作環(huán)境。在傳感器的輸出端禁止激勵(lì)和短路。再測(cè)量放大器的輸出端,發(fā)現(xiàn)其輸出 隨時(shí)間變化。緩慢下降。
使用高頻示波器(或頻譜分析儀更靈敏,但判讀性差)常常有可能觀察到高頻噪聲,而且 在放大器的輸入端常模和共模兩種形式的高頻噪聲都存在。但是肯定對(duì)常模噪聲測(cè)量產(chǎn)生懷 疑,因?yàn)槭静ㄆ鞅旧?即其電源和探頭引線)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能使測(cè)量無效。如果在測(cè)量 點(diǎn)和示波器輸入端之間使用一個(gè)簡(jiǎn)單的寬帶變壓器可以使示波器的影響減到最小,如圖16 1所示。但這種變壓器的阻抗相當(dāng)?shù)?,?huì)增加被測(cè)電路的負(fù)載。
圖161 在測(cè)量點(diǎn)與示波器輸入端之間接一個(gè)寬帶變 壓器
由于禁止對(duì)傳感器的任何激勵(lì),并且將示波器的地接到印制線路板的輸入地,又把傳感 器的所有引腳一起接到示波器的輸入端,所以很容易觀測(cè)到共模信號(hào)。所有這些共模信號(hào)幅 度常常達(dá)到幾百毫伏并且其頻率范圍從低頻到幾十或幾百兆赫。
現(xiàn)實(shí)世界到處都充滿高頻噪聲源:無線電臺(tái)、警察局手持對(duì)講機(jī)的人、車庫大門開啟工 具、太陽、超新星、開關(guān)電源和邏輯信號(hào)(例如個(gè)人計(jì)算機(jī))。因?yàn)槲覀儾荒芟F(xiàn)實(shí)環(huán)境中 的高頻噪聲,所以我們?cè)诟哳l噪聲抵達(dá)精密放大器之前,必須從低頻信號(hào)中把它濾掉。當(dāng)信號(hào)帶寬僅有幾赫時(shí),我們可以使用最簡(jiǎn)單的防護(hù)方法。在放大器前面接一個(gè)簡(jiǎn)單 的RC低通濾波器對(duì)常模和共模高頻噪聲都有防護(hù)作用。相應(yīng)的電路如圖162所示。在選擇 電 路元件時(shí)有兩個(gè)重要問題應(yīng)該考慮。阻抗R和R′(圖中示為1 kΩ,相應(yīng)的放大器偏置電流為 幾個(gè)納安或更低)必須選擇適當(dāng),以便當(dāng)放大器的偏置電流流經(jīng)它們時(shí)不使失調(diào)電壓明顯增 加。另外常模時(shí)間常數(shù)(R+R′)C2一定要比共模時(shí)間常數(shù)RC1和R′C′1大得多。否則 ,為了避免共模信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)差分輸入之間的信號(hào)過程造成的不平衡,要求兩個(gè)共模時(shí)間 常數(shù)必須匹配得非常好。
評(píng)論