高频信号干扰知识问答

如图16 1所示。但这种变压器的阻抗相当低，会增加被测电路的负载。

图161 在测量点与示波器输入端之间接一个宽带变 压器
由于禁止对传感器的任何激励，并且将示波器的地接到印制线路板的输入地，又把传感 器的所有引脚一起接到示波器的输入端，所以很容易观测到共模信号。所有这些共模信号幅 度常常达到几百毫伏并且其频率范围从低频到几十或几百兆赫。

现实世界到处都充满高频噪声源：无线电台、警察局手持对讲机的人、车库大门开启工 具、太阳、超新星、开关电源和逻辑信号(例如个人计算机)。因为我们不能消除现实环境中 的高频噪声，所以我们在高频噪声抵达精密放大器之前，必须从低频信号中把它滤掉。当信号带宽仅有几赫时，我们可以使用最简单的防护方法。在放大器前面接一个简单 的RC低通滤波器对常模和共模高频噪声都有防护作用。相应的电路如图162所示。在选择 电 路元件时有两个重要问题应该考虑。阻抗R和R′(图中示为1 kΩ，相应的放大器偏置电流为 几个纳安或更低)必须选择适当，以便当放大器的偏置电流流经它们时不使失调电压明显增 加。另外常模时间常数(R+R′)C2一定要比共模时间常数RC1和R′C′1大得多。否则 ，为了避免共模信号转换成两个差分输入之间的信号过程造成的不平衡，要求两个共模时间 常数必须匹配得非常好。

如果信号带宽较宽，那么这种简单的滤波电路就不再适合，因为这时会把有用的高频常 模信号和无用

图162 简单的RC低通滤波器
的高频共模信号都滤掉。如果把大的高频共模信号接到放大器，很可能受到共 模向常模转换及次检波(minor rectification)产生的低频误差的影响，所以必须使用既 抑制高频共模信号又通过直流和高频常模信号的滤波器。

这种滤波器如图163所示，它是许多年前由Bill Gunning设 计的，它与用于长途电话线路的幻象电路(phantom circuit)有关。它使用紧耦合的“三 组抽头”变压器，有三个绕组，其精确匝数比为1∶1∶1。这种变压器任一绕组上的交流 电压都将耦合到其它 两个绕组上。

图163 用一个“三组抽头”变压器滤掉高频噪声
该变压器防护绕组的一端接到信号源的地，另一端接到放大器的防护端(guard pin) 或分压比较端，这个防护绕组的作用相当于把放大器“看作”接成一个电容器的常用作法。 高频共模信号将加到(被规定的)下层绕组，并且包含与其它两个绕组都相等的共模电压，这 样减去与每个绕组相串联的共模电压，从而有效地抵消了放大器输入端的高频共模信号。
当然还有一些潜在的问题。与变压器相串联的电容器几乎是防护电路的主要元件，用来 阻塞直流和低频信号并且防止防护电路中的低频电流致使变压器磁芯饱和。从放大器防护端 看进去的阻抗一定要比变压绕组阻抗低许多，这样在甚高频情况下，变压器的容抗将允许信 号漏泄或者可以产生相移。如果用这种变压器必须处理很宽的共模频率范围，那么这些问题 必将导致对变压器设计的不相容限制。

在这种情况下，可以考虑如下图那样使用两个独立的变压器加倍消除高频噪声——其中 一个靠近具有高感抗(相应的容抗也很高)放大器，另一个具有很高的甚高频(VHF)效率。
还可以采用其它方法：放大器尽量靠近传感器而且用载有数字信号的导线(或光导纤维) 取代传输模拟信号的长电缆，其中数字信号受干扰程度可能差一 点儿，所以对它再进行屏蔽通常(但不总是)有改善。并且有时(但不常见)有可能减少无 用HF信号的概率。即使你远离电台和警察局，那么意想不到的烘馅

图164 用两个“三组抽头”变压器滤掉高频噪声

饼运货车辐射出的噪声信号进入底座的可能性总是存在的。 虽然最重要的考虑是意识到高频干扰的可能性，但是还要准备处理这种干扰。如果电路 设计总是预料无用的HF干扰，那么最好的可能性是充分预防——当你还没想到是卫星天线带 来的影响时，已经事先采取预防措施了。

问：那么法国用户的问题是如何解决的?

答：他们的问题用2只电阻器、三片电容器和一块接地铜片便解决了问题。我们离 开La Cognette 饭店，凯旋而归。

问：最后，请你讲一下有关电源去耦问题。

答：所有精密模拟集成电路(IC)甚至低频电路都含有截止频率为几百兆赫的晶体 管 。因此这些器件的电源必须对地去耦，在尽量靠近IC高频处返回以防止在甚高频情况下的不 稳定性。使用的这种去耦电容必须具有低自感而且其引线应该尽可能短(最好用10～100 nF 表面安装陶瓷电容芯片，但其引脚长度如果小于2 mm一般最为有效，见图165。)
低频去耦也很重要，因为电源抑制(PSR)通常在直流条件下规定并且随电源脉动频率的 增加而明显变坏。在某些高增益应用中，通过公共电源阻抗的反馈