实验室纹波（噪声）抗干扰测试研究

任红涛

摘 要：本文主要从纹波在测量过程中可能产品的干扰方式和耦合途径着手，寻求解决干扰的方法。首先，对纹波和噪声的定义的角度进行剖析，对纹波和噪声产生的机理和用途角度进行了阐述;其次，针对纹波的测量和计算进行了简要介绍;然后，对干扰的耦合方式进行了分析;最后，针对不同方式的干扰找到相对应的解决方法。

一、研究背景

在环境实验室进行测试纹波时，经常出现纹波超标现象，产品在其它实验室测试结果正常，可以肯定环境实验室内工作电路中引入了不希望存在的干扰信号。

二、研究目的

通过研究耦合方式和耦合路径，找到排除耦合干扰因素，达到进行准确测量的目的。

三、定义

1.纹波（ripple）的定义

纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。

纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器来说，无论是哪一张纹波，只要不是太大，一般对电容器质量不会造成影响。

纹波就是一个直流电压中的交流成份。直流电压本来应该是一个固定的值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成份，即便如此，就是用电池供电也因负载的波动而产生抖动。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有抖动的。

2.噪声定义

噪声信号就是目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白斑条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说，电路中除目的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一种接收机它就是一种非目的信号，即噪声。用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不至于使数字电路的逻辑受到影响而发生故障，所以可以认为是没有干扰。

当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不至于形成干扰。

3.纹波及噪声的危害

除了在电炉子和产生谐波以外，它主要有以下主要危害：

1）使电路中发生谐振而造成过流或过压引发事故;

2）增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率;

3）使电气设备（电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命;

4）使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作，干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作;

5）使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量;

6）干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。

四、测量与计算

纹波的测量可以采用指针电压表测量也可以采用示波器测量，当前示波器测量是主流，示波器带宽对纹波测量有影响。仪器测量值为峰峰值，既有我们需要测量得到的真实值，也有因为产品工作背景引入的各种噪声信号。

首先，硬件连接要注意一下几点：

1）探头要与示波器匹配，末端要接合适电容。

2）测量位置应该是被测量的输出端，功率端因为线的长短和电压的衰减，测量是不准确的，同时距离电子负载端太近，受电子设备输出纹波影响严重，即引入的噪声信号，经常会出现把真实值淹没的情况，故应该连接在测量端。

3）多路信号同时测量时，应该使用差分探头进行隔离。

4）示波器设置：测量带宽，测量通道，直流/交流，探头比例，时间和幅值，峰峰值测量等

5）调节时间和幅值，把曲线显示在屏幕中央，占屏幕30%～80%，时间要可以读取纹波周期为宜。

6）根据周期计算出纹波的频率，根据频率判断产生的位置和原因，为实验室的改造提供依据。

五、耦合方式与路径

简单来讲，噪声信号的耦合方式就是各种电磁信号的耦合方式。

1.空间辐射耦合

测量位置的空间散布的各种电磁波，作用到被测产品的工作电路中，然后产生相应的噪声信号。通常实验室中的电磁波来源主要是正在运行的试验设备。

2.接触传导耦合

1）测量线路传导

测量线路指的是示波器供电端和测量探头都有可能引入噪声信号。供电端电源线应该连接在背景干净的电源插座上，或者连接在隔离插座上。测量探头的屏蔽要良好，同时与示波器连接的地线也要连接牢靠。

2）供电线路传导

此处的供电线指的是产品的工作线路中的仪器设备的供电线引入噪声信号的方式。

3）工作电路中的设备传导

产品工作线路中的仪器设备自身的某些频段的信号传导进被测电路。

4）硬件线路接觸不良

某些工作电路中的连接接触不良，也有可能产生不希望的噪声信号。

六、解决办法

针对噪声信号的耦合方式，找到相应的解决办法：

1）对于空间辐射耦合的干扰源，要找到接收点，然后把接收点用屏蔽功能的金属箔等进行屏蔽。

2）探头屏蔽和接地应该良好，否则予以更换。

3）供电电源背景如果不干净，应该连接在隔离插座上。

4）对工作电路中的设备传导的噪声，可以通过合适的滤波电路进行过滤，或找到干扰可以接受的仪器进行替换。同时把测试点尽量远离有影响的设备。

5）排查线路中的接触不良问题，把所有连接点均做到连接牢靠。

6）另外，对高频干扰信号，还可以在引入干扰的线路末端通过加磁环的方法进行限制。

7）对于空间耦合方式的干扰源，在确定干扰源后，被干扰仪器与干扰源的距离影响很大，可以采用加大距离，远离干扰源的方法进行处理。

七、结论

如果可以找到背景噪声干净的工作环境进行测试，采用干净工作环境是首选。假如无法选择时，遇到测量结果超差或明显与已知情况不符的情况时，首先寻找到干扰源。在寻找干扰源的过程中，可以通过可能性和工作量的大小来进行排序，可能性越大同时工作量小的先进行。然后按照对应的解决办法进行排除，从而得到理想的被测值。