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调制器输出端的寄生信号的产生原因和如何消除

来源: 中电网
2020-09-25
类别:技术信息
eye 52
文章创建人 拍明

原标题:调制器输出端的寄生信号的产生原因和如何消除

寄生信号是指调制器输出端除了期望的调制信号外,还存在的其他不期望的信号成分。其产生原因主要有以下几个方面:

电路元件的非理想特性

  • 半导体器件的杂散效应:调制器中使用的晶体管、二极管等半导体器件,并非理想的开关或放大元件。例如,晶体管存在漏电流,在截止状态下仍会有微小的电流通过,这可能会在输出端产生额外的信号成分,形成寄生信号。

  • 电容和电感的寄生参数:实际的电容和电感元件并非纯电容或纯电感,它们存在寄生电阻、寄生电容和寄生电感。这些寄生参数会在电路中引入额外的阻抗变化和信号耦合,导致寄生信号的产生。比如,电容的等效串联电阻(ESR)会在高频信号下产生功率损耗,并可能影响信号的波形,从而产生寄生信号。

电源噪声干扰

  • 电源纹波:电源提供的直流电压并非绝对稳定,会存在一定的纹波。这些纹波电压会通过电源线路耦合到调制器的电路中,对调制信号产生干扰,形成寄生信号。例如,在开关电源中,由于开关管的频繁开关动作,会产生较大的电源纹波,如果调制器的电源滤波措施不完善,就容易引入寄生信号。

  • 电源瞬态响应:当负载突然变化时,电源的输出电压会产生瞬态波动。这种瞬态响应如果得不到及时抑制,也会在调制器输出端产生寄生信号。例如,在数字电路中,当大量逻辑门同时翻转时,会引起电源电流的急剧变化,导致电源电压瞬间下降,从而产生寄生信号。

电磁干扰(EMI)

  • 外部电磁场耦合:调制器所处的环境中可能存在各种电磁辐射源,如无线电发射机、电动机、开关电源等。这些外部电磁场会通过空间耦合的方式进入调制器的电路,干扰正常的调制信号,产生寄生信号。例如,在一个工业现场,大型电动机的运行会产生较强的电磁场,如果调制器没有良好的电磁屏蔽措施,就容易受到干扰。

  • 电路板布局布线不合理:在电路板设计中,如果信号线、电源线和地线的布局布线不合理,会导致信号之间的相互耦合和干扰。例如,高速信号线与敏感信号线并行走线且距离过近,会产生串扰,使敏感信号线上出现寄生信号。

温度变化影响

  • 元件参数漂移:温度的变化会引起电路元件参数的漂移,如电阻值、电容值和电感值的变化。这些参数的变化会改变电路的工作状态,导致调制信号的失真,从而产生寄生信号。例如,电阻的温度系数会使电阻值随温度变化而改变,进而影响电路的增益和频率响应,产生寄生信号。

  • 热噪声增加:温度升高会增加电路中的热噪声,热噪声是一种随机信号,会叠加在调制信号上,形成寄生信号。热噪声的功率与温度成正比,温度越高,热噪声越大,对调制信号的干扰也就越严重。

消除调制器输出端寄生信号的方法

优化电路设计

  • 选择高性能元件:选用具有低杂散效应、低寄生参数的半导体器件和电路元件。例如,选择漏电流小、频率特性好的晶体管,以及具有低ESR的电容和低损耗的电感。

  • 合理设计电路拓扑:采用合适的电路拓扑结构,减少信号之间的耦合和干扰。例如,在放大电路中采用差分放大结构,可以有效抑制共模干扰,降低寄生信号的影响。

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加强电源管理

  • 优化电源滤波:在调制器的电源输入端增加合适的滤波电路,如LC滤波器或π型滤波器,以减小电源纹波和瞬态响应对电路的影响。滤波器的参数应根据电源的特性和调制器的要求进行合理设计。

  • 采用稳压电源:使用高精度的稳压电源为调制器供电,确保电源电压的稳定性。稳压电源可以有效地抑制电源电压的波动,减少寄生信号的产生。

做好电磁屏蔽和接地

  • 电磁屏蔽:对调制器进行良好的电磁屏蔽,使用金属屏蔽罩将调制器电路包裹起来,防止外部电磁场的干扰。屏蔽罩应具有良好的接地,以确保屏蔽效果。

  • 合理接地:在电路板设计中,采用合理的接地方式,如单点接地或多点接地,根据电路的频率特性进行选择。同时,要确保地线的宽度足够大,以减小地线电阻,降低地线上的电压降,减少地线干扰。

控制温度环境

  • 温度补偿:对于温度变化引起的元件参数漂移,可以采用温度补偿技术。例如,在电路中加入温度敏感元件,根据温度变化自动调整电路参数,以保持电路性能的稳定。

  • 散热设计:采取有效的散热措施,如安装散热片、风扇等,降低调制器的工作温度,减少热噪声的产生。同时,要确保散热系统不会引入新的电磁干扰。


责任编辑:David

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标签: 调制器

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