一般非平衡信号传输系统的干扰分析
图1为一般非平衡信号传输系统的干扰模型,非平衡信号有一个信号端和一个参考端,通常称参考端为信号地,其参考端电位固定,信号端电位变化。在非平衡信号传输的过程中,可以认为干扰主要来自参考端连线,来自信号端连线的干扰很小,其原因在后面的分析中将予以揭示。附图为非平衡信号传输干扰的等效电路,其参考端连线的干扰电压主要有以下三个来源:其一为收、发参考端连线的感应干扰电压,其对输入信号的等效干扰电压在图中表示为Vnl;其二为收、发参考端之间不平衡感应电压产生的干扰电流在参考端连线阻抗上的电压降,其对输入信号的等效干扰电压在图中表示为Vnr;其三为地线回路干扰,如果收、发参考端之间存在多条地线连接,每两条地线间会形成感应环,由感应电压就会形成感应电流,由此形成地线回路干扰,实际系统中经常会发生这种情况,其对输入信号的等效干扰电压在图中表示为Vnp;这种干扰源的等效是该模型的重要特点,正是从这里出发找到了抗干扰设计的关键因素。下面对这三种干扰影响进行具体分析:
收、发参考端连线的感应干扰
图中的Vnl即为这个干扰源产生的干扰电压,非平衡信号通常用屏蔽线传输,其信号的参考端由屏蔽线的外屏蔽层连接,所以很容易感应干扰电压,该干扰源可等效为一个高内阻的电压源,降低其两端的负载阻抗可以减小该干扰电压,该负载阻抗为去除参考端连线后Goe与Gie之间的阻抗,它由以下三个阻抗并联构成,分别是Rs 串联Ri,Cs串联Ci和Rg,图中Vnl是考虑了两端的负载阻抗因素的干扰电压。等效电路图中,信号参考端与装置地相同,Cs、Ci较大,所以Vnl不大,如果存在多条地线,即Rg取值较小,Vnl影响就更小,所以Vnl总的输入干扰电压影响不大。需要注意的一点是,加粗该导体会降低其干扰源的内阻及增加感应的干扰信号,从而导致Vnl增加。
收、发信号端连线采用屏蔽线内导体,所以感应的干扰信号可以较小;但当收信端输入阻抗很大使其两端负载阻抗加大时,或者屏蔽线的屏蔽效果不佳时,就会使收、发信号端连线的感应干扰影响增加;采用屏蔽效果较好的屏蔽线及合理的选择输入端阻抗,可以使收、发信号端连线的感应干扰影响很小。
收、发参考端之间不平衡感应电压产生的干扰电流流过参考端连线阻抗
图中的Cs 、Vcs、Ci和Vci即为这个干扰源等效电路,其干扰来源包括感应干扰及电源及接地系统引入的干扰,对输入端的干扰反映在Vnr之中。Cs是发端的体电容和感应电容之和,Vci是收端的感应干扰电压,Ci是收端的体电容和感应电容之和,Vci是收端的感应干扰电压。当Vcs、Vci存在感应电压差时,就会产生感应电流,进而在Rr上产生干扰电压Vnr,要想减小感应电压差,必须同时减小Vcs、Vci或使其完全一致;由于Rr远小于Rs 串联Ri,Goe与Gie之间感应干扰电流主要通过Rr,感应干扰电流的回路是Cs 、Ci和Rr,如果能减小Cs 、Ci或两者,可以提高环路阻抗,也就能够减小感应干扰回路电流,而同时减小Cs 、Ci还能达到减小Vcs、Vci的效果,感应干扰回路电流当然更低,这是一个十分有用的结论,在后面的改进电路中,这一特性将被充分利用。可以认为Rg与Rr基本相同,它们并联后的阻抗变化不大,所以Rg对这种干扰的影响不大。
图中收、发参考端与装置地直接相连,所以Cs 、Ci都较大,感应的干扰电压也较大,如果装置地还与外接地线系统相连,其Cs或Ci还将增大,所以收、发参考端如果存在感应电压差,流过Rr的干扰电流也就比较大,由此导致较大的干扰电压。
通常收、发信号端的体电容和感应电容很小,其感应干扰电压很低及环路阻抗较高,这两个因素都使环路干扰电流降低,所以信号端之间基本不受收、发端之间不平衡感应的影响。