如何将双绞线与低通滤波器结合来抑制射频干扰和电磁干扰

图2. 导线之间的串扰:导线A中电流所产生的磁场在导线B产生所不期望的电流。

图中导线之间的电容表示杂散分布电容,当增大串扰信号的频率时,电容耦合将更为明显。图3中,我们观察到Bell先生提出的“抵消”效应。当在双绞 线两侧施加相等的干扰信号时,干扰信号将被抵消。射频环境下,杂散电容会耦合导线之间的能量。同理,由于双绞线的干扰相等、方向相反,RFI趋于抵消。以 差分形式接收双绞线信号将增强“抵消”效应。

如何将双绞线与低通滤波器结合来抑制射频干扰和电磁干扰

图3. 当对双绞线两侧施加相等的干扰信号时,导线之间的串扰被抵消。

也可以利用屏蔽导体将双绞线包裹起来,起到静电屏蔽作用。屏蔽增大了杂散电容,作用相当于低通滤波器,进一步衰减RF干扰。导线的阻性和感性为串联元件,分散电容对地形成低通滤波器。当通信链路仅传输低频信号时,例如电话音频或其它窄带信号,这一特性有助于改善传输效果。

利用低通滤波器降低RFI

举例说明,温度测量的速度可能受限于被测对象的物理质量。家用加热器可能只需要每隔一、两分钟测量一次温度。由于空气、墙壁、地板和天花板的质量比较大,温度变化非常缓慢。所以,每秒钟测量数百万次温度对加热器的温度测量或温度控制毫无意义。

我们转向室外,室外产生的RFI可能进入室内。以我家为例,我家距离一座50,000W AM电台大约1英里。不幸的是,电话线拾取了电台的1.37MHz信号。信号在电话中经过检波,恢复出电台的音频信号。每每听到这个干扰信号会让人难以忍 受,这一干扰严重影响了电话的调制解调器。电台播音室与发射机和天线相邻,系统维护比较方便。按道理说,工程师比较擅长消除音频和电话系统的 1.37MHz信号,于是我们通过“噪杂”的电话提出维修申请,并询问了他们使用的是什么低通滤波器。

如何将双绞线与低通滤波器结合来抑制射频干扰和电磁干扰

图4. 低通滤波器。

采用图4非常简单的滤波器即可获得不错的效果,为什么?原因在于物理学:我们希望线路上保留什么,抑制什么?本 例中,我们正常的电话信号为300Hz至3kHz,要抑制的信号是1.37MHz,频率相差450倍。利用Nuhertz的FilterFree软件,我 们制作了一个巴特沃斯响应滤波器并绘制了其响应特性(图5)。滤波器在3kHz以下基本平坦,在1.37MHz时衰减超过135dB。135dB相当于衰 减了560万倍。电台使用了滤波器后,有效解决了这一问题,不再干扰电话线。