模拟信号在分布式系统中远程传输的噪声抑制

（文章来源：电子工程网）

在分布式系统中，模拟信号在传感器或负载间来回远程传输。在这类系统中，信号要传输很长的距离，噪声抑制能力成为一个重要考虑因素。噪声会耦合进信号中，结果使数据遭到破坏，由此产生不良影响。系统需要得到适当的保护，了解预期噪声的量和性质可以明确需要采取的保护措施，以取消或者至少减少环境干扰水平。

噪声源或干扰源一般有两种，根据其耦合进主信号的方式，分为共模噪声和差模噪声两种，如图1所示。

二者中危害较小是共模噪声，它会同时耦合到系统GND信号和激励信号中，这主要是由电缆与真实GND间的偶极天线效应造成的。这种情况不会使信号减弱，因为噪声同时耦合进两个通道，而且幅度相似。问题在于，共模噪声会产生信号失调，使真实GND升高，结果导致两种不良效应。首先，如果间接折合到真实GND（比如，通过金属箱保护传感器时），则可能使负载饱和。其次，可能产生电弧，结果会损坏传感器。在激励惠斯登电桥时，共模噪声尤其麻烦，因为输出信号需要由控制器进行处理，通常是用到一个仪表放大器，而这种放大器的CMRR有限，结果可能会放大噪声。

使用低通滤波器（如RC滤波器），或者使用共模扼流圈来过滤输入信号，可以减少共模噪声。重要的是，不对称衰减的共模噪声会产生差模噪声。在实际应用中，不对称衰减的一个例子是低通滤波器；用一个电阻和电容实现截止频率，但受元件容差影响，两条线路中的截止频率不一样。

第二种，也是最麻烦的噪声是差模噪声，这种噪声是在激励与系统GND之间耦合的。该噪声之所以会耦合到信号中，是因为系统GND与充当天线的信号电缆之间存在电流环路。在部分应用中（如化学分析），出于安全考虑，传感器有时置于独立于控制器的腔室中。这种设置会导致数十或数百米的电流环路，结果，任何磁通量都可能在信号中导致电流噪声，从而使数据遭到破坏。为了减少差模噪声的影响，建立使用铁氧体材料来过滤高频辐射信号，在控制器与传感器之间采用星型连接，同时还要使用屏蔽电缆。

两种情况下，如果该噪声足够大，设备甚至可能会因为电气过应力而受损。当负载为电机或荧光灯时，尤其如此，这样的负载构成一种强大的电磁兼容性/干扰(EMC/EMI)源；原因有二，分别为物理电磁元件和所产生信号的性质。一种较好的做法是使用EMC/EMI抑制器，如ESD保护装置，以确保系统能维持一定的稳定水平。

在实现部分前述方法时，主要后果是与元件相关的电容。甚至电缆也会含有寄生电容，因此不能忽略。寄生电容与电缆的长度、类型和类别成比例，如表1所示。

集成式缓冲电压DAC，如AD5683R或AD5686R，可提供高压摆率、高带宽，而且功耗更低，功耗已成为业界的一个主要关注点，原因多种多样，比如电路板温度的降低、电路板组件数量的增加（不增加功率）、功效的提高等。结果，内部放大器的阻抗ZO（开环阻抗）变大（不要与闭环阻抗ZOUT相混淆），对最大负载电容形成限制。

如果与运算放大器输出相连的电容超过最大允许值，结果会影响运算放大器的稳定性，可能导致放大器振铃和振荡。
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