测试系统中干扰及其形成机理

动的大负载共用电源时，会产生电源噪声。

当使用较长的电源引线来进行传输时，所产生电压降及感应电势等也会形成噪声。

系统所需的直流电源，一般均为由电网交流电经滤波、稳压后提供，有时会因某种原因净化不佳，对系统产生干扰。这种干扰常给高精度系统带来麻烦，应引起重视。

2.2 地线干扰

测试系统往往共用一个直流电源或不同电源共用一个地线。因此，当各部分电路的电流均流过公共地线时，会在其上产生电压降，形成相互影响的噪声干扰信号。这种情况在数字电路和模拟电路共地时非常明显。图2（a）中Rcm是模拟系统和数字系统的公共接地线的电阻。通常，数字系统的入地电流比模拟系统大得多，并且有较大的波动噪音。即使Rcm很小，数字电路也会在其两端形成较高电压，使模拟系统的接地电压不能为零。图2（b）中模拟电路是测量前置放大器，数字系统的入地电流（若为2A）在Rcm（若为0.01Ω）上产生电压（20mV），此电压与测量电压Vs叠加。若Vs=100mV，那么测量精度将会低于20%。

2.3 信号通道的耦合干扰

往往传感器设在生产现场，而显示、记录等测量装置则安置在离传感器有一定距离的控制室内。两者之间需要很长的信号传输线，信号在传输过程中很容量受到干扰，导致所传输的信号发生畸变或失真，所产生的干扰主要有：传输线周围空间电磁场对传输线的电磁感应干扰；当两条或两条以上信号强弱不同的线相互靠得很近时，通过线间分布电路和互感而形成的线间干扰，即输线间的串扰。

2.3.1 容性（电场）耦合干扰

当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时，干扰源与信号电路之间就存在容性（电场）耦合，这时干扰电压线电容耦合到信号电路，形成干扰源。

对于平行导线，由于分布电容较大，容性耦合较严重。在图3（a）中，导线1和导线2是两条平行线，C1和C2分别是各线对地的分布电容，C12是两线间分布的耦合电容，V1是导线1对地电压，R是导线2对地电阻。由图3（b）等效电路可得导线1电压通过耦合导线2上产生的电压V2为：

当R>>1/jω(C12+C2)时，式（1）可简化为：

V2=C12V1/（C12+C2） （2）

此时V2按电容分压，这种耦合情况是严重的。

当R1/jω(C12+C2)时，则式（1）可简化为：

V2=jωC12RV1 (3)

由式（1）、（2）、（3）可知，容性耦合干扰随着耦合电容的增大而增大。

2.3.2 感性（磁性）耦合

当干扰源是以电流形式出现的，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。图4是互感耦合示意图，两邻近导互之间存在分布互感M,M=φ/I1（其中，I1是流过导线1的电流，φ是电流I1产生的与导线2交线的磁通），由互感耦合在导线2上形成的互感电压为V2=2ωMI1,此电压在导线上是串联的。从式中可知V2与干扰的频率和互感量成正比。

2.4 测试系统内部的其它干扰

测试系统由于设计不良或某些器件在工作时会形成干扰。这些内部干扰一般比较微弱，但对于小信号高精密测试系统来说却不可忽视。

2.4.1 温差电势

当电流回路的导线采用不同的金属，并且在连接处具有不同的温度时，则在回路内将产生温差电势。在图5中，如一支路R为康铜，另一支路RL为铜，则温差电势V0=V01-V02=1～100μV，此电势将叠加到测量电压Vm上，使得终结果为Vm+V0。

2.4.2 电阻热噪音

热噪音是电阻一类导体由于电子布朗运行而引起的噪音。导体中的电子始终在作随机运行，并与分子一起处于平衡状态。电子的这种随机运行将会产生一个交流成份，这个交流成份就称为热噪音（或称为电阻噪音）。热噪音可用尼奎斯特公式计算，其中k为波尔兹曼常数，k=1.3804×10 -23J/K，T为绝对温度（K），R为电阻值（Ω），Δf为所考虑的频带（Hz）。当T=300K，R=1MΩ，Δf=400Hz时，热噪音电压。

2.4.3 转接干扰

电路转接过程中通常会产生干扰脉冲，此干扰脉冲又可能引起另一次不希望的转接过程。这种转接过程脉冲一般可用接上电容或二极管来减小。

2.4.4 微音干扰

机械颤动、接触电阻的变化或电缆电容（或电感）的变化，均会产生微音干扰。

2.4.5 压电效应干扰

弯折电缆时，若介质中产生机械力，就会引起压电效应干扰。例如，感应电荷为Q=10 -10A·s，电缆电容率C/L=100pF/m，电缆长度L=5m，电缆电容C=500pF，则弯折电缆时产生的电压为：

V=Q/C=10 -10/(5×100×10 -12)=200（mV）

弄清楚干扰源是首要条件，否则抗干扰措施都无从下手。为达到抑制干扰的目的，本文所着重论述的干扰源的情况，都是笔者多年在设计及工作实践中的体会。值得一提的是：在测试系统中，干扰的来源是非常复杂的，并