模擬信號(hào)在分布式系統(tǒng)中的實(shí)際作用是什么

（文章來(lái)源：OFweek）

在分布式系統(tǒng)中，模擬信號(hào)在傳感器或負(fù)載間來(lái)回遠(yuǎn)程傳輸。在這類(lèi)系統(tǒng)中，信號(hào)要傳輸很長(zhǎng)的距離，噪聲抑制能力成為一個(gè)重要考慮因素。噪聲會(huì)耦合進(jìn)信號(hào)中，結(jié)果使數(shù)據(jù)遭到破壞，由此產(chǎn)生不良影響。系統(tǒng)需要得到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，了解預(yù)期噪聲的量和性質(zhì)可以明確需要采取的保護(hù)措施，以取消或者至少減少環(huán)境干擾水平。

噪聲源或干擾源一般有兩種，根據(jù)其耦合進(jìn)主信號(hào)的方式，分為共模噪聲和差模噪聲兩種，如下圖所示。

二者中危害較小是共模噪聲，它會(huì)同時(shí)耦合到系統(tǒng)GND信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)中，這主要是由電纜與真實(shí)GND間的偶極天線效應(yīng)造成的。這種情況不會(huì)使信號(hào)減弱，因?yàn)樵肼曂瑫r(shí)耦合進(jìn)兩個(gè)通道，而且幅度相似。問(wèn)題在于，共模噪聲會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失調(diào)，使真實(shí)GND升高，結(jié)果導(dǎo)致兩種不良效應(yīng)。首先，如果間接折合到真實(shí)GND（比如，通過(guò)金屬箱保護(hù)傳感器時(shí)），則可能使負(fù)載飽和。其次，可能產(chǎn)生電弧，結(jié)果會(huì)損壞傳感器。在激勵(lì)惠斯登電橋時(shí)，共模噪聲尤其麻煩，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)需要由控制器進(jìn)行處理，通常是用到一個(gè)儀表放大器，而這種放大器的CMRR有限，結(jié)果可能會(huì)放大噪聲。

使用低通濾波器（如RC濾波器），或者使用共模扼流圈來(lái)過(guò)濾輸入信號(hào)，可以減少共模噪聲。重要的是，不對(duì)稱衰減的共模噪聲會(huì)產(chǎn)生差模噪聲。在實(shí)際應(yīng)用中，不對(duì)稱衰減的一個(gè)例子是低通濾波器；用一個(gè)電阻和電容實(shí)現(xiàn)截止頻率，但受元件容差影響，兩條線路中的截止頻率不一樣。

第二種，也是最麻煩的噪聲是差模噪聲，這種噪聲是在激勵(lì)與系統(tǒng)GND之間耦合的。該噪聲之所以會(huì)耦合到信號(hào)中，是因?yàn)橄到y(tǒng)GND與充當(dāng)天線的信號(hào)電纜之間存在電流環(huán)路。在部分應(yīng)用中（如化學(xué)分析），出于安全考慮，傳感器有時(shí)置于獨(dú)立于控制器的腔室中。這種設(shè)置會(huì)導(dǎo)致數(shù)十或數(shù)百米的電流環(huán)路，結(jié)果，任何磁通量都可能在信號(hào)中導(dǎo)致電流噪聲，從而使數(shù)據(jù)遭到破壞。為了減少差模噪聲的影響，建立使用鐵氧體材料來(lái)過(guò)濾高頻輻射信號(hào)，在控制器與傳感器之間采用星型連接，同時(shí)還要使用屏蔽電纜。

兩種情況下，如果該噪聲足夠大，設(shè)備甚至可能會(huì)因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/2364/" target="_blank">電氣過(guò)應(yīng)力而受損。當(dāng)負(fù)載為電機(jī)或熒光燈時(shí)，尤其如此，這樣的負(fù)載構(gòu)成一種強(qiáng)大的電磁兼容性/干擾(EMC/EMI)源；原因有二，分別為物理電磁元件和所產(chǎn)生信號(hào)的性質(zhì)。一種較好的做法是使用EMC/EMI抑制器，如ESD保護(hù)裝置，以確保系統(tǒng)能維持一定的穩(wěn)定水平。
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