利用雙絞線與低通濾波器抑制RFI和EMI有效方案

利用低通濾波器降低RFI

舉例說(shuō)明，溫度測(cè)量的速度可能受限于被測(cè)對(duì)象的物理質(zhì)量。家用加熱器可能只需要每隔一、兩分鐘測(cè)量一次溫度。由于空氣、墻壁、地板和天花板的質(zhì)量比較大，溫度變化非常緩慢。所以，每秒鐘測(cè)量數(shù)百萬(wàn)次溫度對(duì)加熱器的溫度測(cè)量或溫度控制毫無(wú)意義。

我們轉(zhuǎn)向室外，室外產(chǎn)生的RFI可能進(jìn)入室內(nèi)。以我家為例，我家距離一座50，000W AM電臺(tái)大約1英里。不幸的是，電話線拾取了電臺(tái)的1.37MHz信號(hào)。信號(hào)在電話經(jīng)過(guò)檢波，恢復(fù)出電臺(tái)的音頻信號(hào)。每每聽(tīng)到這個(gè)干擾信號(hào)會(huì)讓人難以忍受，這一干擾嚴(yán)重影響了電話的調(diào)制解調(diào)器。電臺(tái)播音室與發(fā)射機(jī)和天線相鄰，系統(tǒng)維護(hù)比較方便。按道理說(shuō)，工程師比較擅長(zhǎng)消除音頻和電話系統(tǒng)的1.37MHz信號(hào)，于是我們通過(guò)“噪雜”的電話提出維修申請(qǐng)，并詢問(wèn)了他們使用的是什么低通濾波器。

圖4.低通濾波器。

采用圖4非常簡(jiǎn)單的濾波器即可獲得不錯(cuò)的效果，為什么？原因在于物理學(xué)：我們希望線路上保留什么，抑制什么？本例中，我們正常的電話信號(hào)為300Hz至3kHz，要抑制的信號(hào)是1.37MHz，頻率相差450倍。利用Nuhertz的FilterFree軟件，我們制作了一個(gè)巴特沃斯響應(yīng)濾波器并繪制了其響應(yīng)特性（圖5）。濾波器在3kHz以下基本平坦，在1.37MHz時(shí)衰減超過(guò)135dB.135dB相當(dāng)于衰減了560萬(wàn)倍。電臺(tái)使用了濾波器后，有效解決了這一問(wèn)題，不再干擾電話線。

圖5.使用低通濾波器后，電話音頻通過(guò)線路，而電臺(tái)的RFI得到抑制。

利用一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波電路是否就能解決問(wèn)題？軟件工具Solve Elec是一款電路仿真器，帶有低通濾波器設(shè)計(jì)文件，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的RC濾波器。利用該RC濾波器，更改參數(shù)值，得到8kHz下的3dB衰減，頻響特性如圖6所示。

圖6.圖中所示為簡(jiǎn)單的RC濾波器對(duì)電話線中RFI的響應(yīng)特性。

對(duì)于音頻信號(hào)，3kHz時(shí)衰減小于0.5dB，而對(duì)電臺(tái)的RFI干擾則衰減44dB，或150倍。實(shí)際上，我們也利用了電話線的電阻和電感串聯(lián)元件，只是增加了一個(gè)小的接地電容，對(duì)電臺(tái)的RFI做進(jìn)一步的衰減。

現(xiàn)在，我們重新考慮工廠的溫度測(cè)量系統(tǒng)，其中導(dǎo)線有數(shù)百英尺長(zhǎng)，相當(dāng)于一個(gè)無(wú)線電天線，因此，受RFI影響的幾率非常大。如果在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)，溫度測(cè)量數(shù)據(jù)保持一致，可以在檢測(cè)線路中串聯(lián)一個(gè)低通濾波器，以消除RFI.那么，如何通過(guò)雙絞線接收信號(hào)？當(dāng)然要采用差分信號(hào)，確保干擾信號(hào)彼此抵消，圖7所示為此類(lèi)電路。

圖7.采用MAX5426高精度電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成差分放大器，可靈活設(shè)置放大器參數(shù)。

圖7所示的電路配置也稱為儀表放大器，市場(chǎng)上可以找到多種完全集成的方案，MAX5426高精度電阻網(wǎng)絡(luò)為設(shè)計(jì)人員提供了控制放大器參數(shù)的便利條件。高精度電阻允許以數(shù)字方式選擇差分增益：1、2、4或8，精度可選擇0.5%至0.025%.電阻的精確匹配確保獲得79dB以上的共模抑制指標(biāo)。電路設(shè)計(jì)人員可方便選擇運(yùn)算放大器，根據(jù)具體應(yīng)用量身定制頻率響應(yīng)特性，改善前端濾波。