高频信号干扰知识问答

问：我听说射频(RF)信号能使低频电路产生奇怪现象。这究竟是怎么 回事?

答：我有一次去法国，因为ADI公司的压频转换器(VFC)AD654发生“精度不合 格”问题。在我的实验室测量这个有问题的器件发现该器件性能稳定并且符合技术指标要求 ，但是当我返回用户那里进行测试则不能重复我的测试结果。正当我想到事件发生的现场去 考察以证实我 的怀疑的时候，我发现该用户所在城市有一家名叫“La Cognette”饭店有三个卫星通信天 线。这个问题我没有轻易放下，对用户进行考察感到更加有必要。在英格兰 认真考察在 Bo eing 风洞测试数据偏差的Herman Gelbach，答应过来帮助我，并认为这是一个很有 趣的技术问题(但是在他决定帮助我之前，我注意到他认真地调查了有关卫星通信天线的情 况)。

从英格兰南部的Newbury城ADI公司的办事处出发驱车到法国的中心，开车用6个小时， 汽车轮渡英吉利海峡用 6个小时，并且从左侧通行改为右侧通行。不管怎样，开车比乘飞机好，因为汽车能带较多 的测试设备(和便携式移动电台以及两个移动电话)。

当我们考察用户的工作环境时，我们来回穿越巨大的短波发射天线。我们开始猜测问题 可能出在这里，然后当我们进入实验室时，我携带一个2米波段手持对讲机放在衣服口袋里 。
当用户报告时，AD654确实性能不稳定，VFC的输出频率在几分钟时间内其等效电压偏移可 达几十毫伏(mV)。我把手冷静地插入口袋里，并且按下我的对讲机的发射按钮，此时输出频 率的等效值电压跳到150 mV，从而验证了高频干扰带来的问题。后来比较正式的测试结果表 明当地(法国海外广播电台)发射机在我们用户工作范围内产生的高频场强每米为几十或几百 毫伏(mV/m)。

由此可见，精密测量电路中的许多不稳定问题都可以归结到高频干扰， 除非音响系统 不接受附近广播电台播放很强的摇滚音乐。用户忽视了这种不稳定的干扰源并且责备放大 器或数据转换器生产厂家，这是很正常的。

此外，用大功率信号去影响AD654是不常见的，因为AD654是一种单端输入并且对RF信号 又相当不灵敏。但对于具有差分放大作用的仪表放大器却是比较常见的，因 为仪表放大器的两个输入端对地输入阻抗很高，因此 容 易受到低功率(来自个人计算机PC辐射)RF干扰(请见ADI公司出版的 Analog Devices System Design Seminar Notes 和 System Application Guide,1993)。

在仪表放大器中很重要的一个因素是共模抑制随频率增加而减小(从很低的频率开始减 小)，即失真随频率增加。这样不仅仅是不抑制高频共模信号，而且使高频共模信号失真， 产 生失调。对于RF干扰可能性很强的应用场合，AD830差分放大器具有很宽的共模抑制，它是 为线接收器应用而设计的。AD830可能是仪表放大器有用的替换。

传感器通常用长电缆将其连接到信号调节电子设备。无线电工程师对于这种几根长 导线有一个专有名词，称之为“天线”。从传感器到其电子设备之间的这种长馈线将按照同 样的表现行为也会起到一个天线的作用，即使我们不希望它起到天线的作用也是如此。如果 传感器的外壳接地就设有问题了，因为在高频情况下外壳的电抗和馈线使整个系统起到一个 天线的作用，而且天线接受的任何高频信号(电场、磁场或电磁场)都将出现在阻抗上。对于 上述高频信号最可能的终止位置是在放大器的输入端。精密低 频放大器很少与大的高频信号耦合，所以输出结果只表现出常见的可调整失调误差。

问：这种情况对我来说不可能会发生!

答：我可不认为你不会遇到这种情况。如果你认为你的电路不会遇到这种问题， 我愿跟你赌一顿午餐，我总是会很容易地赢得这顿午餐。在2米(144～148MHz)范围内，我使 用一台手持对讲 机，在1米距离内每秒1瓦的功率几乎每次都会赢得这顿午餐，而这个不太引人注目的测试却 同样地令人信服。

断开传感器及其引线。将放大器的输入端对地用尽量短的连线短路，然后测量放大器的 输出端，在几分钟时间范围内观测其输出稳定。现在除去短路，恢复传感器引线，并将其置 于正常工作环境。在传感器的输出端禁止激励和短路。再测量放大器的输出端，发现其输出 随时间变化。缓慢下降。

使用高频示波器(或频谱分析仪更灵敏，但判读性差)常常有可能观察到高频噪声，而且 在放大器的输入端常模和共模两种形式的高频噪声都存在。但是肯定对常模噪声测量产生怀 疑，因为示波器本身(即其电源和探头引线)所产生的干扰信号可能使测量无效。如果在测量 点和示波器输入端之间使用一个简单的宽带变压器可以使示波器的影响减到最小，如图16 1所示。但这种变压器的阻抗相当低，会增加被测电路的负载。

图161 在测量点与示波器输入端之间接一个宽带变 压器
由于禁止对传感器的任何激励，并且将示波器的地接到印制线路板的输入地，又把传感 器的所有引脚一起接到示波器的输入端，所以很容易观测到共模信号。所有这些共模信号幅 度常常达到几百毫伏并且其频率范围从低频到几十或几百兆赫。

现实世界到处都充满高频噪声源：无线电台、警察局手持对讲机的人、车库大门开启工 具、太阳、超新星、开关电源和逻辑信号(例如个人计算机)。因为我们不能消除现实环境中 的高频噪声，所以我们在高频噪声抵达精密放大器之前，必须从低频信号中把它滤掉。当信号带宽仅有几赫时，我们可以使用最简单的防护方法。在放大器前面接一个简单 的RC低通滤波器对常模和共模高频噪声都有防护作用。相应的电路如图162所示。在选择 电 路元件时有两个重要问题应该考虑。阻抗R和R′(图中示为1 kΩ，相应的放大器偏置电流为 几个纳安或更低)必须选择适当，以便当放大器的偏置电流流经它们时不使失调电压明显增 加。另外常模时间常数(R+R′)C2一定要比共模时间常数RC1和R′C′1大得多。否则 ，为了避免共模信号转换成两个差分输入之间的信号过程造成的不平衡，要求两个共模时间 常数必须匹配得非常好。