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数字电路设计中噪声对策的考虑方式

2017-12-04
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为什么会有噪声产生?


如果一开始就设计成不会产生噪声的话,就根本不需要什么噪声对策了不是吗?如果可以的话当然是最好不过了,但实际实行起来却没这么简单。它的困难在于......


数字电路中,一部分的信号会变成噪声。
 
数字电路一般使用的是矩形波信号(一段时间内在2个值之间来回往复的四角形电波)。然而,这个矩形波其实包含了非常广的频率。
 
矩形波示例


下图所示的是正弦波的高频波(拥有基本波整数倍频率的波)重叠而成的例子,可以看到当高频波越多图形就越接近矩形波。矩形波相当于这些高频波持续重叠在一起的波纹。

也就是说,数字电路中使用到的矩形波不仅包含非常多的频率,也包含着这些频率的高频部分。


另一方面,当电流通过导体时,或多或少会有电波放射出来,且越是高频的电流越容易放射电波。为此,各国都对高频领域的噪声放射作了限制规定。由此可知,数字电路中,矩形波信号的一部分作为噪声被限制了。也就是说,只要数字电路在工作,就会辐射出噪声电波。再回过头来看一下刚才的示例图,我们就可以发现,即使没有频率较高的高频波也在一定程度上接近矩形波。因此,只需除去数字信号中的频率较高的部分,就可以在保留近似矩形波的前提下将视为噪声的高频波成分去除。低通滤波器就是根据这个原理设计出的一种EMI静噪滤波器。要"只去除高频波部分"颇为困难,截取频率过低的话会破坏信号波形,干扰数字元件的正常工作,导致错误发生。相反,如果截取不足,则无法消除噪声。所以才有各种各样的噪声对策元器件,而具体使用哪个元器件也是十分重要的。
 
其他噪声源
实际上,噪声产生的原因不仅是数字电路中的矩形波的高频波成分。开关电源、发动机的噪声等等,还有许多其他的因素会产生噪声。但是,噪声规定中限制的是针对容易发射的高频领域的电波,因此数字电路中一般使用低通滤波器作为噪声对策。


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