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每周了解几个硬件知识+噪声知识分享

工程师
2024-07-24 20:13:57     打赏
电子硬件噪声是指在电子设备和系统中由于各种原因产生的干扰信号,这些噪声信号会影响设备的正常运行和性能。以下是一些常见的电子硬件噪声类型以及解决方案:常见的电子硬件噪声类型1. 热噪声(Johnson-Nyquist 噪声)由电阻中的电子随机热运动引起,存在于所有电阻性元件中。

解决方案:使用低噪声电阻,降低电路工作温度。

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热噪声器的热噪声电压可以表示为: R是,T是绝对温度,B是频率带宽,k是玻尔兹曼常数。在一定的温度和阻值之下:Vn=4kTRB^{1/2}==√4KBRT


2. 射频干扰(RFI)

由无线电频率信号引起,通常来自外部源,无线设备、手机、无线电台等。

解决方案:屏蔽电路,使用滤波器,保持电缆和设备的良好接地。

 抑制射频干扰时采用的各种滤波电路:

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a)低通滤波器  b)抑制不对称谐波的附加合电 c)用于谐波不太严重的装置

射频干扰传播途径有两类:

空间传播

射频场源的电磁能量可以以辐射状态向空间传播,并且以场源的振荡回路、电源电路、信号的输入输出电路等的导线作为发射天线;同样,当场源设备外壳有高频电流通过时,那么这个设备本身就是发射天线了。 [2]

导线传播

电源线、信号的输入输出电路、控制电路等等均可以传播干扰。

配电线是导线干扰传播途径之中最突出的一种。由于配电线的天线效应使之在电磁场作用下产生干扰电动势;由于配电线传播了同一电源供电的干扰设备所产生的干扰;由于电磁耦合、静电耦合使之从邻近电路中获得了电磁感应。


3. 电磁干扰(EMI)

由电磁场引起,可能来自电源线、电动机、变压器等。

解决方案:屏蔽和隔离干扰源,使用扼流圈和滤波器,优化布线和接地。

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一个常用共模、差模噪声抑制、传导干扰屏蔽电路、防电磁干扰的滤波电路,该电路用于滤除电源的输入和输出的噪声(150kHz~30MHz),消减对直流稳压电源的传导干扰。

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4. 开关噪声由开关电源、数字电路中的快速电流变化引起。

解决方案:使用去耦电容,优化电源设计,减小开关瞬变。

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噪声产生的原因

高频变压器初级T1A、开关管Q1和滤波电容C1构成高频开关电流环路,可能会产生

较大的空间辐射。如果电容器滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。原理图简化如上图。

输出整流二极管Ds的工作电流波形

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开关管工作时产生的谐波干扰。功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流,在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,会产生尖峰干扰。


5. 地环路噪声

由于设备之间的多点接地造成的电流环路引起的噪声。

解决方案:使用单点接地,使用隔离变压器,避免地环路的形成。

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地环路这个在音响上最为常见了,画PCB板时,就需要进行一点接地,就是为了解决地坏路的噪声。

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7. 电源噪声由电源纹波、尖峰或交流电源引起。

解决方案:使用低噪声电源,增加滤波器和稳压器,使用电源隔离技术。

噪声解决方案的详细方法1. 使用滤波器低通滤波器:用于滤除高频噪声。带通滤波器:用于在特定频率范围内消除噪声。

陷波滤波器:用于消除特定频率的噪声。

2. 电源去耦和旁路电容去耦电容:用于电源线路,减少电源纹波和尖峰。

旁路电容:放置在电源和地之间,降低高频噪声。

3. 屏蔽和隔离电磁屏蔽:使用金属外壳或屏蔽材料包裹电路,阻挡外部电磁干扰。

隔离变压器:用于断开电源和信号路径,防止噪声耦合。

4. 布线优化短路径布线:减少信号和电源线的长度,降低噪声耦合。差分信号布线:减少共模噪声,改善信号完整性。

扭绞线:用于信号线,减少电磁干扰。

5. 接地设计单点接地:所有接地连接到一个公共点,避免地环路噪声。

多层PCB:使用接地层,减少接地阻抗和电磁干扰。

实际应用案例1. 音频设备音频设备对噪声非常敏感,任何微小的噪声都会影响音质。

解决方案:使用高质量电源滤波器,优化接地设计,使用屏蔽电缆和连接器。

2. 通讯设备通讯设备需要高信噪比,以确保信号传输的稳定性和可靠性。

解决方案:采用差分信号布线,使用低噪声放大器和滤波器,隔离高频噪声源。

3. 工业控制系统工业控制系统通常在噪声环境中工作,需要高抗噪能力。解决方案:使用光隔离器,采用屏蔽和隔离技术,优化布线和接地设计。



院士
2024-07-25 08:29:27     打赏
2楼

谢谢楼主的分享~!


专家
2024-07-25 09:08:15     打赏
3楼

谢谢楼主分享


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