實驗室紋波（噪聲）抗干擾測試研究

任紅濤

摘 要：本文主要從紋波在測量過程中可能產(chǎn)品的干擾方式和耦合途徑著手，尋求解決干擾的方法。首先，對紋波和噪聲的定義的角度進行剖析，對紋波和噪聲產(chǎn)生的機理和用途角度進行了闡述;其次，針對紋波的測量和計算進行了簡要介紹;然后，對干擾的耦合方式進行了分析;最后，針對不同方式的干擾找到相對應(yīng)的解決方法。

一、研究背景

在環(huán)境實驗室進行測試紋波時，經(jīng)常出現(xiàn)紋波超標(biāo)現(xiàn)象，產(chǎn)品在其它實驗室測試結(jié)果正常，可以肯定環(huán)境實驗室內(nèi)工作電路中引入了不希望存在的干擾信號。

二、研究目的

通過研究耦合方式和耦合路徑，找到排除耦合干擾因素，達到進行準(zhǔn)確測量的目的。

三、定義

1.紋波（ripple）的定義

紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動而造成的一種現(xiàn)象，因為直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。

紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。對于電容器來說，無論是哪一張紋波，只要不是太大，一般對電容器質(zhì)量不會造成影響。

紋波就是一個直流電壓中的交流成份。直流電壓本來應(yīng)該是一個固定的值，但是很多時候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會有剩余的交流成份，即便如此，就是用電池供電也因負(fù)載的波動而產(chǎn)生抖動。事實上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有抖動的。

2.噪聲定義

噪聲信號就是目的信號以外的所有信號的一個總稱。最初人們把造成收音機這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號對電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白斑條紋的那些電子信號也稱為噪聲?？赡芤哉f，電路中除目的信號以外的一切信號，不管它對電路是否造成影響，都可稱為噪聲。又有某一頻率的無線電波信號，對需要接收這種信號的接收機來講，它是正常的目的信號，而對另一種接收機它就是一種非目的信號，即噪聲。用示波器觀察到在正常的脈沖信號上混有一些小的尖峰脈沖是所不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不至于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生故障，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。

當(dāng)一個噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個電路或一個器件，當(dāng)它還能保持正常工作時所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不至于形成干擾。

3.紋波及噪聲的危害

除了在電爐子和產(chǎn)生諧波以外，它主要有以下主要危害：

1）使電路中發(fā)生諧振而造成過流或過壓引發(fā)事故;

2）增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率;

3）使電氣設(shè)備（電機、電容器、變壓器等）運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命;

4）使繼電保護、自動裝置、計算機系統(tǒng)及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷幼骰虿僮鳎蓴_數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正常工作;

5）使測量和計量儀器、儀表不能正確指示或計量;

6）干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。

四、測量與計算

紋波的測量可以采用指針電壓表測量也可以采用示波器測量，當(dāng)前示波器測量是主流，示波器帶寬對紋波測量有影響。儀器測量值為峰峰值，既有我們需要測量得到的真實值，也有因為產(chǎn)品工作背景引入的各種噪聲信號。

首先，硬件連接要注意一下幾點：

1）探頭要與示波器匹配，末端要接合適電容。

2）測量位置應(yīng)該是被測量的輸出端，功率端因為線的長短和電壓的衰減，測量是不準(zhǔn)確的，同時距離電子負(fù)載端太近，受電子設(shè)備輸出紋波影響嚴(yán)重，即引入的噪聲信號，經(jīng)常會出現(xiàn)把真實值淹沒的情況，故應(yīng)該連接在測量端。

3）多路信號同時測量時，應(yīng)該使用差分探頭進行隔離。

4）示波器設(shè)置：測量帶寬，測量通道，直流/交流，探頭比例，時間和幅值，峰峰值測量等

5）調(diào)節(jié)時間和幅值，把曲線顯示在屏幕中央，占屏幕30%～80%，時間要可以讀取紋波周期為宜。

6）根據(jù)周期計算出紋波的頻率，根據(jù)頻率判斷產(chǎn)生的位置和原因，為實驗室的改造提供依據(jù)。

五、耦合方式與路徑

簡單來講，噪聲信號的耦合方式就是各種電磁信號的耦合方式。

1.空間輻射耦合

測量位置的空間散布的各種電磁波，作用到被測產(chǎn)品的工作電路中，然后產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲信號。通常實驗室中的電磁波來源主要是正在運行的試驗設(shè)備。

2.接觸傳導(dǎo)耦合

1）測量線路傳導(dǎo)

測量線路指的是示波器供電端和測量探頭都有可能引入噪聲信號。供電端電源線應(yīng)該連接在背景干凈的電源插座上，或者連接在隔離插座上。測量探頭的屏蔽要良好，同時與示波器連接的地線也要連接牢靠。

2）供電線路傳導(dǎo)

此處的供電線指的是產(chǎn)品的工作線路中的儀器設(shè)備的供電線引入噪聲信號的方式。

3）工作電路中的設(shè)備傳導(dǎo)

產(chǎn)品工作線路中的儀器設(shè)備自身的某些頻段的信號傳導(dǎo)進被測電路。

4）硬件線路接觸不良

某些工作電路中的連接接觸不良，也有可能產(chǎn)生不希望的噪聲信號。

六、解決辦法

針對噪聲信號的耦合方式，找到相應(yīng)的解決辦法：

1）對于空間輻射耦合的干擾源，要找到接收點，然后把接收點用屏蔽功能的金屬箔等進行屏蔽。

2）探頭屏蔽和接地應(yīng)該良好，否則予以更換。

3）供電電源背景如果不干凈，應(yīng)該連接在隔離插座上。

4）對工作電路中的設(shè)備傳導(dǎo)的噪聲，可以通過合適的濾波電路進行過濾，或找到干擾可以接受的儀器進行替換。同時把測試點盡量遠離有影響的設(shè)備。

5）排查線路中的接觸不良問題，把所有連接點均做到連接牢靠。

6）另外，對高頻干擾信號，還可以在引入干擾的線路末端通過加磁環(huán)的方法進行限制。

7）對于空間耦合方式的干擾源，在確定干擾源后，被干擾儀器與干擾源的距離影響很大，可以采用加大距離，遠離干擾源的方法進行處理。

七、結(jié)論

如果可以找到背景噪聲干凈的工作環(huán)境進行測試，采用干凈工作環(huán)境是首選。假如無法選擇時，遇到測量結(jié)果超差或明顯與已知情況不符的情況時，首先尋找到干擾源。在尋找干擾源的過程中，可以通過可能性和工作量的大小來進行排序，可能性越大同時工作量小的先進行。然后按照對應(yīng)的解決辦法進行排除，從而得到理想的被測值。