電子線路中的噪聲抑制技術(shù)研究

朱愛云

中國船舶重工集團公司第七一五研究所 浙江 杭州 310000

引言

電子線路在運行的過程中常常會產(chǎn)生噪聲，不僅會嚴重影響電子設(shè)備的運行效果，還要影響使用者的體驗。為了更好地解決噪聲問題，相關(guān)從業(yè)人員應全面地分析噪聲產(chǎn)生原因，掌握噪聲監(jiān)測方法，同時，深入分析電子線路的噪聲抑制技術(shù)和措施，不斷提升噪聲干擾屏蔽效果。

1 電子線路中的噪聲產(chǎn)生原因

在電子線路中的干擾主要是由于噪聲構(gòu)成的，受電路噪聲的影響，電路信號的質(zhì)量水平會大幅下降且無法有效發(fā)揮電子設(shè)備的良好性能。因此，在分析電子線路中的噪聲抑制技術(shù)之前，應先從源頭入手，了解電子線路中的噪聲產(chǎn)生原因，加以解決。

1.1 是高頻熱噪聲

作為比較常見的電子線路噪聲，引起這類噪聲的根本原因是電子線路內(nèi)部導體的電子運行無規(guī)律。導電體作為電子線路的重要組成部分和必要備件，在沒有安培電流的環(huán)境下，導體內(nèi)的電流運動也是無可依靠的。然而，隨著導體的工作越來越長，溫度也會不斷上升，電子的運動速度也會加快，電子處于無規(guī)律運動的情況下，幾乎不存在平均總電流，一旦電路中的部分電子被吸納到放大化的電路中，噪聲分貝也會不斷放大，進而電子線路內(nèi)產(chǎn)生的噪聲干擾也會得到強化[1]。

1.2 是半導體器件的噪聲

在電子設(shè)備和線路中，半導體是必不可少的組成部分，然而在半導體器件運行的位置卻都是PN結(jié)。在分析PN結(jié)的過程中會發(fā)現(xiàn)其本身是P型半導體和N型半導體組成的，兩種不同的半導體類型在運行中會出現(xiàn)一定的勢壘區(qū)，受勢壘區(qū)影響會進一步產(chǎn)生電容效應，當電流流過勢壘區(qū)，半導體就會產(chǎn)生不規(guī)律震動，隨之出現(xiàn)電流噪聲。這類噪聲的分貝處于動態(tài)變化狀態(tài)，當電子線路中的溫度和頻帶的溫度上升，噪聲也會越來越大。

1.3 是電磁元器件產(chǎn)生的干擾噪聲

在電子線路的線路板中有繼電器、線圈等電磁元件，當電流流過時，在線圈電感和外殼部分的電容會向四周釋放電磁能，繼而對電子線路產(chǎn)生干擾。不僅如此，部分電磁元器件的干擾會表現(xiàn)出反復性和持續(xù)性的特點，容易使周圍線路出現(xiàn)電流浪涌，繼而引發(fā)干擾，產(chǎn)生噪聲。

1.4 是輻射及其他干擾

輻射是電波的一種，由電子線路附近的磁場產(chǎn)生，在空間介質(zhì)感應的作用下，電流會發(fā)生急劇變化，周圍的磁場也會被改變，進而產(chǎn)生噪聲。電子線路在異常放電的過程中同樣會產(chǎn)生噪聲，除此之外，在電阻線路內(nèi)電子進行熱運動時的熱噪聲、電子線路或設(shè)備內(nèi)材料不完全接觸時產(chǎn)生的接觸噪聲等都是電子線路噪聲干擾信號產(chǎn)生的原因。為了有效解決噪聲干擾，應進一步在噪音來源的基礎(chǔ)上分析噪聲產(chǎn)生原因，從而徹底解決噪音。

2 電子線路中的噪聲監(jiān)測方法

常見的電子線路噪聲監(jiān)測方法有三種，如下所述。

2.1 觀察法

作為最基本的電子線路噪聲監(jiān)測方法，可以直觀地找出電子線路中人眼可見的故障和缺陷。例如：電子線路中各個元件存在的接觸不良、短路、斷路等問題，在觀察了解后可以進一步采取合適的手段加以解決。作為最基本的噪聲監(jiān)測法，其本身適用范圍具有很大的局限性，還需要輔助其他的噪聲監(jiān)測方法。

2.2 是萬用表靜態(tài)監(jiān)測法

在電子線路的噪聲監(jiān)測中，萬用表也被稱作復用表和多用表，作為比較常用的電氣儀表，可以測量電子線路中的電流、電壓、電阻。在監(jiān)測噪音時，萬用表會通過電壓的靜態(tài)監(jiān)測來及時發(fā)現(xiàn)電子線路中的電壓故障，在監(jiān)測到噪聲后，可以在分段檢測的過程中確定噪聲產(chǎn)生的問題元件，再根據(jù)實際情況進行維修或更換元件[2]。

2.3 是示波器動態(tài)監(jiān)測法

一般情況下，當電子線路中的電壓、電流或電阻出現(xiàn)異常情況時，線路就會產(chǎn)生異常噪聲。通過示波器進行動態(tài)監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)線路中的噪聲問題，在監(jiān)測中借助示波器可以對交流電波進行檢測，同時動態(tài)監(jiān)測電子線路的穩(wěn)定性，一旦監(jiān)測到異常波形后以分段檢測的方式進一步定位噪聲的產(chǎn)生位置，進而采取對應的處理。

3 電子線路中的噪聲抑制技術(shù)及措施分析

在電子線路中，噪聲干擾是指在電路板中產(chǎn)生或從外部進入的雜散能量，例如低頻傳導噪聲、高頻輻射噪聲、靜電電磁噪聲以及雷電干擾噪聲。其中最難控制的是高頻輻射電磁噪聲，隨著電感增加，這類噪聲也會增加，且達到一定程度時，電路很容易功能異常。針對不同噪聲有對應的噪聲抑制技術(shù)，以下是電子線路噪聲技術(shù)及措施的分析。

3.1 硬件線路抑制技術(shù)

受噪音干擾的影響，電子線路也會生產(chǎn)故障導致電子產(chǎn)品無法正常發(fā)揮作用，硬件線路抑制技術(shù)是有效抑制噪音的有效方法。

首先，在應用硬件線路抑制技術(shù)的過程中，可以發(fā)揮其電氣隔離和光隔離的優(yōu)勢，有效避免電壓、電壓及功率過大等問題造成的電子線路噪聲，保證電子線路和相關(guān)設(shè)備的正常應用。通過對傳輸線路的進行電氣隔離，可以使斷開電子下線路的電氣連接，使其變成獨立的兩套系統(tǒng)，以此進行獨立電源和參考點位的設(shè)置，有效避免裸露線路帶電所引發(fā)的線路問題，提高電子線路運行的安全性和電子設(shè)備的穩(wěn)定性。光隔離本身也是一種電氣隔離方法，其特點在于借助光進行信息傳遞，光具有良好的電氣絕緣性能，即使在強磁場和雷電的作用下也不會影響其傳遞信號的質(zhì)量水平，屬于一種比較理想的隔離物質(zhì)。就現(xiàn)階段應用于電子線路中的光隔離技術(shù)來看，主要的器件有光電隔離器、光電開關(guān)、光電隔離裝置、光纜等，可以有效避免電子線路在運行過程中產(chǎn)生的尖峰脈沖噪聲[3]。

其次，可以將隔離硬件設(shè)置在交流電源的輸入端。在電子線路或電子設(shè)備的交流電流輸入端借助超級隔離變壓器或各類電力電壓互感裝置，通過設(shè)置好隔離方法器，借助鐵磁共振作用喲徐交易尖峰脈沖。相應地，也可以將頻諧均衡形式抑制器與電子線路交流電源輸入端進行串聯(lián)，使尖峰電壓的能量可以被分配到各個頻段中，降低尖峰電壓低破壞性，同時將壓敏電阻并聯(lián)到電源輸入端，使尖峰脈沖的電阻降到最低，形成更好的分壓作用，有效削弱電壓干擾，保證噪聲抑制的效果顯著。

最后，是將續(xù)流二極管設(shè)置在繼電器線圈上?？梢酝ㄟ^將線圈斷開時的反電勢干擾消除，進而有效抑制噪聲。將火花抑制電路并聯(lián)在繼電器兩端，同時將濾波電路設(shè)置電機，以此來盡可能地縮短電感影響，避免引線過長，強化噪聲抑制效果。

3.2 濾波技術(shù)

濾波技術(shù)可以將電子線路中有效信號的噪音波形進行過濾，以此來確保電子線路和電子設(shè)備的穩(wěn)定安全。抑制噪音干擾的濾波技術(shù)主要有3類。

其一，是波形濾波。該類濾波技術(shù)可以將真假信號波形不同的前沿陡度作為基礎(chǔ)來進行設(shè)置，當聲發(fā)射信號有較陡前沿的波形時，可以通過計時器和門限電路對此加以鑒別，若信號前沿超過下門限，計時器就會開始運行，且信號達到上門時限，計時器就會停止計時，通過將門電路和比較器進行信號鑒別，可以進一步判定真信號，同時將這一假信號判定為噪聲信號，禁止其進入電子線路，以此來有效抑制線路噪音[4]。

其二，是幅值濾波。當電子線路中的各信號幅度過大、噪聲幅度較小時，就可以采取幅值濾波技術(shù)抑制噪聲。在借助比較器中的門檻電路時，可以對信號幅值進行檢測，當幅值高于門檻，則為正常信號，允許其進入電子線路；當幅值低于門檻信號，則被認定為噪聲信號，阻止其進入電子線路。

其三，是空間濾波。該技術(shù)以信號源的空間位置為基礎(chǔ)，通過自制定有效信號的位置，可以將其他空間的信號判定為噪聲信號。一方面，可以選擇符合鑒別的形式，如果傳感器可以在同一時間收到信號則可判定為真信號，允許其將納入電子線路；如果傳感器收到的信號不具有同時性，則可判定為噪聲信號，阻止其進入電子線路或儀器設(shè)備。另一方面，還可以選擇主從鑒別的形式，借助發(fā)射器對區(qū)域內(nèi)信號進行檢測，以主從形式對傳感器進行劃分，如果檢測區(qū)域的信號被主傳感器接收到，就可判定為真信號，如果被從傳感器接收到則可判定其為干擾信號，達到更高效的空間濾波效果，有效抑制電子線路噪聲。

3.3 屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)也是有效抑制電子線路噪聲的重要技術(shù)手段，通過運用該技術(shù)可以對引起電子線路噪聲的電磁耦合、電耦合以及磁耦合等問題進行有效處理，同時在進一步處理電子線路中的各類儀表、儀器，保證良好的噪聲干擾和抑制效果。在發(fā)揮其抑制作用的過程中，需要對強、弱電線進行布設(shè)，相應地還要保證兩類電線的距離在35mm左右，在選擇連接線的過程中應采用不帶網(wǎng)眼的鋁箔材料屏蔽電纜，并盡可能地避免引線裸露。而對于同軸電纜則可以進行單獨的接地設(shè)置，提高磁場耦合的抗干擾能力。另外，針對干擾源周圍還應布設(shè)屏蔽結(jié)構(gòu)，有效屏蔽掉電場電磁耦合干擾，使回路和臨近線路中的噪聲得到有效解決，從源頭抑制噪聲。

3.4 接地技術(shù)

接地技術(shù)也可以有效抑制電子線路噪聲，通過將三條地線分別設(shè)置在電子線路的儀器和設(shè)備中，發(fā)揮低電平形式接地線、高電平形式接地線與金屬件接地線的作用，提高噪聲抑制效果，有效避免電子線路故障，保證電子設(shè)備的良好運行狀態(tài)。

3.5 噪聲抑制措施

采取對應的電子線路噪聲抑制技術(shù)的同時，還要積極利用電子線路噪聲抑制措施。

首先，是電路的優(yōu)化選擇措施。選擇性質(zhì)良好的電路是提升電路運行狀態(tài)的基礎(chǔ)，也是有效抑制電子線路噪聲，發(fā)揮抑制技術(shù)抗干擾作用的關(guān)鍵措施。為了保證電子線路選擇的正確性，在電子線路噪聲實踐中應選擇抑制效果好的電路，保證其結(jié)構(gòu)的簡化，確保其各個工作頻段和參數(shù)的抗干擾效果，即使無法避免產(chǎn)生噪聲，也可以使其控制在干擾最小的范圍內(nèi)。

其次，還要進一步優(yōu)化電路布局，通過合理化布局，保證電路內(nèi)部器件之間的信號干擾能被有效抑制，進而降低電子線路噪聲。在優(yōu)化布局的過程中，應對電流較大的線路板采取對應措施，通過加寬電源線使環(huán)路電阻有效減小；對于容易受分布式電容影響的高頻線路，應優(yōu)化其退耦電容，通過合理化布局處理，有效抑制分布電容，進而切實緩解電子線路的噪聲干擾。

最后，是電子線路或設(shè)備儀器的電源優(yōu)化措施。電源是電子線路正常穩(wěn)定運行的根本性因素，也是避免電路干擾的有效措施，因此為了從源頭避免噪聲干擾，應為電子線路和儀器設(shè)備配備優(yōu)質(zhì)的電源裝置，確保其直流輸入不受電網(wǎng)電壓的負面影響。相應地，在實際應用時，還要保證電源有足夠的空間，為其提供穩(wěn)定的運行條件，使電源能夠為電子線路提供更穩(wěn)定、可靠的支持，有效抑制運行噪聲的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著電子設(shè)備的應用越來越廣泛，電子線路的噪聲問題也成為人們重點關(guān)注的問題?，F(xiàn)階段，能夠引起電子線路噪聲的原因有很多，作為相關(guān)從業(yè)人員應加強對噪聲產(chǎn)生原因的分析。同時，明確不同噪聲干擾的監(jiān)測方法，并進一步分析和掌握電子線路噪聲抑制技術(shù)和措施，才能不斷提高電子線路的運行穩(wěn)定性和可靠性，優(yōu)化電子設(shè)備、儀器等產(chǎn)品的使用體驗。