高频电子第四章干扰与噪声
滤波电路设计去除噪声和干扰的方法与技巧
滤波电路设计去除噪声和干扰的方法与技巧在电子器件和电路设计中，噪声和干扰是普遍存在的问题，它们给数据传输和信号处理带来了不利的影响。
为了解决这一问题，滤波电路被广泛应用于各种电子设备中，以去除噪声和干扰。
本文将介绍滤波电路设计中去除噪声和干扰的一些常用方法与技巧。
一、低通滤波器低通滤波器是一种能够通过只允许低频信号通过而去除高频信号的滤波器。
在滤波电路设计中，低通滤波器常常用来去除高频噪声和干扰。
其中，常用的低通滤波器包括RC低通滤波器和二阶巴特沃斯低通滤波器等。
1. RC低通滤波器RC低通滤波器是最简单的一种低通滤波器，它由一个电阻和一个电容组成。
在设计RC低通滤波器时，可以通过调整电阻和电容的数值来滤除不同频率的噪声和干扰。
一般情况下，较大的电阻和电容值会使得滤波器的截止频率较低，从而去除更高频的噪声和干扰。
2. 二阶巴特沃斯低通滤波器二阶巴特沃斯低通滤波器是一种常用的滤波器设计，它能够提供更陡峭的滚降斜率和更好的抑制高频噪声和干扰的能力。
在设计二阶巴特沃斯低通滤波器时，可以根据需要选择合适的电容和电感数值，并通过合理的电路布局和滤波器阻抗匹配来提高滤波效果。
二、高通滤波器高通滤波器是一种能够通过只允许高频信号通过而去除低频信号的滤波器。
在滤波电路设计中，高通滤波器常常用来去除低频噪声和干扰。
常见的高通滤波器有RC高通滤波器和二阶巴特沃斯高通滤波器等。
1. RC高通滤波器RC高通滤波器与RC低通滤波器相似，只是传输的频率范围相反。
在RC高通滤波器中，较小的电阻和电容值会使得滤波器的截止频率较高，从而去除更低频的噪声和干扰。
因此，在滤波电路设计时，可以根据需要选择合适的数值以满足去除低频噪声和干扰的要求。
2. 二阶巴特沃斯高通滤波器与二阶巴特沃斯低通滤波器类似，二阶巴特沃斯高通滤波器也能够提供更陡峭的滚降斜率和更好的抑制低频噪声和干扰的能力。
通过合理的设计和电路参数的选择，二阶巴特沃斯高通滤波器能够满足更高要求的高频信号滤波。
电子电路中常见的电路噪声问题解析
电子电路中常见的电路噪声问题解析电子设备中的电路噪声问题一直以来都是工程师们在设计和优化电子电路时必须面对的挑战。
电路噪声是指在电子设备中产生的无意识的、随机的、或者非期望的信号，它会影响电路的性能和稳定性。
本文将对电子电路中常见的电路噪声问题进行解析，帮助读者更好地了解和应对这些问题。
一、噪声来源在电子电路中，噪声可以来自多个方面。
以下是一些常见的噪声来源：1. 热噪声：也称为约瑟夫森噪声，是由于电子元件（如电阻）受到温度变化的影响产生的噪声。
2. 互感噪声：由于电子元件之间的互感效应引起的噪声。
3. 混频噪声：当多个频率信号在电路中混合时，会产生混频噪声。
4. 开关噪声：由于电子开关的不完美导致的噪声。
5. 自激噪声：在电路中形成自激振荡时产生的噪声。
二、常见的电路噪声问题1. 热噪声：热噪声是电子设备中常见的一种噪声问题。
在放大器电路中，热噪声会对信号的增益和精度产生负面影响。
为了降低热噪声，可以采用降低电阻温度、增加电阻阻值等措施。
2. 交叉耦合噪声：交叉耦合噪声是电子电路中常见的问题，尤其是在高频电路中更加明显。
交叉耦合噪声是由于不同电路之间互相干扰引起的，例如一个信号线上的噪声会通过电磁感应传递到其他信号线上。
3. 开关噪声：开关噪声是数字电路中常见的问题，特别是CMOS电路。
由于开关器件的非线性特性，会产生开关噪声。
为了降低开关噪声，可以采用滤波器、电源中的抗噪声电容等方法。
4. 振荡噪声：当电子电路中出现自激振荡时，会产生振荡噪声。
振荡噪声会使电路不稳定，影响电路的正常工作。
为了解决这个问题，可以采用增加阻尼、提高负反馈等方法。
三、噪声分析与处理方法在电子电路中，对于不同的噪声问题，我们可以采取不同的分析和处理方法。
以下是一些常见的方法：1. 噪声频谱分析：通过对电子电路中的噪声进行频谱分析，可以确定噪声的频率成分和幅值。
这有助于工程师们找出噪声的来源，进而采取相应的措施降低噪声。
无线噪声和干扰
衰落
（差）2 烦人噪声
（劣）1 话音不可懂
S/N（dB）20源自304050
第6页/共20页
第7.1节、噪声
发射机的噪声及寄生辐射 除了接收机的内部噪声以外，发射机产生的噪声及寄生辐射也会直接 影响到通信质量，尤其是在移动通信系统中，大量移动台发射的含有噪声 的信号势必造成相互之间的干扰，因此必须严格控制发射机产生的噪声及 各种寄生辐射。 发射机的相位噪声：发射机工作时，会存在以载频为中心、分布频率 范围相当宽的噪声，这种噪声称为发射机的相位噪声。它不仅在相邻 的频道内形成干扰．而且会在几MHz的频带内产生影响。 发射机的寄生辐射：目前使用的移动台，为获得较高的频率稳定度， 大多采用晶体振荡器或温补晶体振荡器，然后通过多级倍频器倍频到 所需载频。如果各级倍频器的滤波特性不良，在发射机的输出端便会 产生寄生辐射波，它会干扰正好工作在寄生频率附近的接收机。
邻频干扰是一种来自相邻或相近的频率的干扰，相近频率可以是相 隔一个或几个载频或信道。邻频干扰主要有两个方面：一是由于工作频带 相邻的若干信道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二 是移动通信网内一组空间离散的邻近工作信道引入的干扰。
第10页/共20页
第7.3节、邻频干扰
邻频干扰的主要原因： 发信机的边带扩展：发信机边带扩展是指发射信号的频谱超出 了限定的宽度，落到了相邻频道内成为带外辐射干扰。边带扩 展辐射跟系统设计参数及调制器和功率放大器的非线性有关， 主要决定于发信机信道滤波器的带外抑制能力。 发信机的边带噪声：发信机边带噪声存在于发射信号载频的两 侧，而且噪声频谱很宽，可能在几MHz范围内对接收机产生干 扰，成为邻频干扰的一个主要来源。 发信机的杂散辐射：发信机的杂散辐射指的是在有用带宽以外 的某些频率点上的寄生辐射，它包括发信机内部频率源的寄生 辐射和谐波辐射等。非线性器件是产生杂散辐射的重要原因。
第2章《高频电子线路》_(曾兴雯)_版高等教育出版社课后答案
2.2 高频电路中的基本电路
1、简单振荡回路 （1）并联谐振回路 （2）串联谐振回路
17
第2章 高频电路基础
（1）并联谐振回路 谐振特性：
振荡回路的阻抗在某一特定频率上具 有最大或最小值的特性称为谐振特性。
1 jC Zp 1 r jL j C （当 L r 时） L C 1 r j (L ) 谐振条件： C 当回路总电抗 X=0 时，回路呈谐振状态
Q0
L
r
品质因数 Q
Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。
Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。
8
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
二、高频电路中的有源器件 主要是：
二极管 晶体管
集成电路
完成信号的放大、非线性变换等功能。
9
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
第2章 高频电路基础
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度
1
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
一、高频电路中的元件 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使 用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用 时的高频特性。
号中心频率fs=10 MHz，回路电容C=50 pF，
试计算所需的线圈电感值。
(1) 若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻
及回路带宽。 (2) 若放大器所需的带宽B0.7=0.5 MHz，则应在回路 上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?
36
第2章 高频电路基础
（2）串联谐振回路 串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路， 其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、 矩形系数与并联谐振回路相同。 电路组成： 电抗特性：
移动通信中的噪声和干扰
9
3ห้องสมุดไป่ตู้1移动通信中的噪声
– 人为噪声
➢ 属冲击性噪声
✓ 大量冲击噪声混在一起形成连续噪声或连续噪声再叠加冲击 噪声
➢ 频谱较宽，强度随频率升高而下降 ➢ 噪声源的数量和集中程度随地点和时间而异，随机变化，
噪声强度的地点分布可近似按正态分布处理，其标准偏差 σ约为9dB ➢ BS与MS所受影响不同
如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则 是150Hz。
27
3.2互调干扰
设:
Vout = KVin
(1)
线性放大器下，K对于任意大小Vin都是个常数; 实际的放大器中，K 并不是定值常数。
在Vin=0处，式（1）用泰勒展开式展开，得:
(2)
K0为引入直流项，K0+K1Vin为线性增大项;K2 、K3等高次幂项系数非 零时，输出信号就会伴随出现非线性增大失真部分，即常见的所谓
➢ 散弹噪声
✓ 由于载流子（电子）随机通过PN结，单位时间内通过PN结 的载流子数目不一致，表现为通过PN结的正向电流在平均 值上下作不规则起伏变化
6
7
3.1移动通信中的噪声
外部噪声
– 外部噪声分自然噪声和人为噪声 – 自然噪声
➢ 指天电噪声、宇宙噪声和太阳噪声等 天电噪声来源于闪电、大气中的磁暴 等。
也是随机的
34
3.2互调干扰
– 多信道共用系统中的三阶互调
➢ n个等间隔信道间的三阶互调干扰(频率关系)
✓ fx、fi、fj、fk分别为x、i、j、k信道的载频 ✓ 若有两个信道频率满足第一式或三个信道频率满足第二式
内容
– 移动通信中的主要噪声和主要干扰 – 互调干扰、邻道干扰、同频干扰的概念、产生和改
电子电路中常见的电源噪声问题及解决方法
电子电路中常见的电源噪声问题及解决方法在电子电路中，电源噪声是一个常见的问题。
它可能导致信号质量下降，影响电路性能。
因此，理解电源噪声问题并采取相应的解决方法非常重要。
本文将介绍电子电路中常见的电源噪声问题，并提供一些解决方法。
一、电源噪声的定义和分类电源噪声是指在供电电路中存在的不稳定、波动或杂散的电流或电压信号。
根据其频率特性和起源，电源噪声可以分为多种类型。
其中，常见的电源噪声包括以下几种：1. 高频噪声：高频噪声通常源于开关电源、自激振荡电路和数字逻辑电路等。
它的频率范围一般在几十千赫兹到几百兆赫兹之间。
2. 低频噪声：低频噪声通常源于交流电源、电机和电源线等。
它的频率范围一般在几十赫兹以下。
3. 剩余噪声：剩余噪声通常是指除了高频和低频噪声之外的其他噪声成分。
它的频率范围一般在几十赫兹到几千赫兹之间。
二、电源噪声对电子电路的影响电源噪声对电子电路的影响是多方面的。
下面将介绍一些常见的影响：1. 信号干扰：电源噪声可能通过电源线或共享地线传播到其他电路中，导致信号的干扰和失真。
2. 时钟抖动：高频噪声可能导致时钟信号的抖动，进而影响电路的稳定性和性能。
3. 灵敏度降低：电源噪声可能使电子元器件的灵敏度下降，导致电路性能的降低。
4. 测量误差：电源噪声可能影响测量仪器的准确性，导致测量结果的误差。
三、解决电源噪声的方法为了解决电源噪声问题，可以采取以下几种方法：1. 滤波器：在电源电路中添加合适的滤波器可以降低电源噪声。
滤波器可以根据需要选择不同的类型，如低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
2. 电源隔离：通过使用电源隔离器，可以有效地隔离电源噪声，防止它传播到其他电路中。
3. 稳压器：稳压器可以提供稳定的电压输出，并减小电源噪声的影响。
在设计电路时，可以选择合适的稳压器来保证电源的稳定性。
4. 接地和布线：合理的接地和布线可以减少电源噪声的传播和干扰。
应尽量避免共享地线和信号线之间的干扰，以及与高频电路和低频电路之间的相互干扰。
开关电源干扰(差模噪声与共模噪声)问题
开关电源干扰（差模噪声与共模噪声）问题1、干扰是如何产生的差模噪声：主要由开关变换器的脉动电流引起。
共模噪声：主要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起；共模电流包括连线到接地面的位移电流，开关器件的d/d通过外壳和散热片之间的分布电容对地形成的噪声电流。
整流电路：整流电路一般采用不控整流方式，后接大容量滤波电容，电容的接入往往导致整流二极管导通角变小，而引起输入侧的交流电流波形产生畸变。
开关管及整流管：高频率的开关，在微妙量级时间内产品射频能量，是噪声主要来源，通过辐射或传导方式释放。
分布电容：电路、PCB、散热器等之间在高频开关的突然充放电影响之下，分布电容被激活，这也是噪声的重要来源。
变压器：变压器的分布电容，也会产生噪声。
2、干扰造成的影响噪声会通过传导、辐射、耦合等方式对外传播高频噪声会对设备本身电子器件造成影响，导致电路工作异常，降低器件使用寿命；噪声会对与之临近的设备产生影响，导致临近设备工作紊乱；噪声会通过传导进入电网，影响挂接在电网上的其他设备。
3、干扰如何去除[1]1）电网到设备之间，加装线性滤波器L1、L2、C1组成差模滤波电路，C1为X电容（安规电容）；L3、C2、C3组成共模滤波电路，L3为共模电感，C2、C3为Y电容（安规电容）。
2）为开关器件添加RC吸收电路3）接地，接地线尽量短粗，减小接地电阻，辐射可以加屏蔽罩a适合低要求场合；b适合有公共线路阻抗引起噪声的低频场合；c适合于存在共模噪声的高频场合4）电阻电阻选择金属膜电阻（RJ），不用碳膜电阻（RT），RT发热量会随着工作频率升高而急剧增加，会造成器件过热甚至导致器件烧毁。
5）滤波电容选择电容要看他的阻抗-频率特性，一般铝电解电容工作在10K以上时，其阻抗特性会呈现出感性，这是我们不希望发生的。
所以，高频电路要选择特定的滤波电容：回端电容；多芯电容；叠片电容；复合电容：将一个大电容和一个小的瓷片电容并联使用，可获得较好的高频特性，但最高一般可用到1MHZ，再高就无法抑制了。
高频电子线路噪声系数定义
噪声系数与输入噪声功率 Ｎｉ 有关。如果不给 Ｎｉ 以明确的规定，则噪声系数就 没有意义。为此，在噪声 系数 的定 义 中，规定 Ｎｉ 为信 号 源内 阻 ＲＳ 的 最大 输 出功率。表示为电压源的噪 声电压 均方 值为 ４ｋＴＢＲ， 输出 的 最大 功率 为 ｋＴＢ，
与 ＲＳ 大小无关。并规定 ＲＳ 的温度为２９０Ｋ， 此温度称 为标准 噪声温度。 需要 说明的是，Ｎｉ 并不一定是实 际输 入线 性系 统的 噪 声功 率，只 是在 输入 端匹 配 时才相等。
时，就应考虑最佳的阻抗关系 （噪声匹配）。
（４）噪声系数的定义只适用于线性或准 线性电路。 对于非 线性电路， 由于
信号与噪声、噪声与噪声之间的相 互作 用，将会 使输 出端 的信噪 比更 加恶化，
一 、噪声系 数
在一些部件和系统中，噪声对它们性能的影响主要表现在信号与噪声的相
对大小，即信号噪声功率比上。就以收音机和电视机来说，若输出端的信噪比
越大，声音就越清楚，图像就越清晰。因此，希望有这样的电路和系统，当有
用信号和输入端的噪声通过它们时，此系统不引入附加的噪声。这意味着输出
端与输入端具有相同的信噪比。实 际上， 由于电 路或 系统 内部总 有附 加噪声，
量，有必要在定义的基础上加以说明和澄清。
（１） 已知噪声功率是与带 宽 Ｂ 相 联系 的。 对于 白 噪声， 噪声 功 率 与带 宽
Ｂ成正比。但是线性系统 一般是 有频 响的 系统，ＫＰ 随频率 变化， 而电 路内 部 的附加噪声 Ｎａ，一般情况并不是白噪声，其输 出噪声功 率并不 与带 宽 Ｂ 成正 比。为了不使噪声系数依赖于指定的带宽，最好用一规定的窄频带内的噪声功
信噪比不 可能 不 变。希 望 输 出端 信 噪 比 的 下降
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s( f )df
0
1 1013 1014 Hz
式中s(f)称为噪声功率谱密度，单位为W/Hz。
5、白噪声
起伏噪声的频谱在极宽的频带内具有均匀功率谱 密度，因此，起伏噪声也称为白噪声。把在有效频带 内功率谱分布不均匀的噪声称为有色噪声。 白噪声仅指在某一频率范围内S(f)保持常数。白噪声 通过一频带有限的系统后，将变成有色噪声。
傅里叶变换：
f (t) 1 F ()e jtd F() f (t)e jtdt | F() | e j()
2
F() 为 振 幅 的 频 谱 密 度 ， φ() 为 初 始 相位。
F() f(t)
1
τ
0 -τ/2 τ/2
-1/T 0 1/T 2/T
一个脉冲宽度为τ、振幅为1的单位脉冲， 我们可求其振幅频谱密度为：
功率谱密度是将噪声电压加到1Ω电阻上， 电阻内损耗的平均功率即为不同频率的 振幅频率平方在1Ω电阻内消耗功率的总 和。
由于单个脉冲的振幅频谱是均等的，则 其功率谱也是均等的，由各个脉冲功率 频谱叠加而得到的整个噪声电压的功率 频谱也是均等的。因此常用功率谱来说 明起伏噪声电压的频率特性。
vn2 (t)
事实上，由于 f <<a ，
常简化右下式为：
Wv ( f ) 4kTR Nhomakorabeaf
Wi(f)
f
H()
Wo(f)
Wo ( f ) | H ( jf ) | Wv ( f )
◆白噪声：电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围 内均为一恒定值4kTR，类比光学中的白色光功率谱在 可见光频段内均匀分布的特点，命名这种噪声为“白 噪声”。
◆电阻热噪声电流/电压可被视为是一个平稳随机过程
◆电阻热噪声的功率谱密度Wv(f)，单位是W/Hz。
4kTR Wv ( f ) 1 ( f )2
其中：T为绝对温度 T(K)=T(c)+273º
k=1.38×10-23J/K
Wi(f)
H()
Wo(f)
◆上式，α＝1013~1014为自由
电子每秒钟的碰撞次数。
vn2
lim 1 T T
T 0
vn2
(t
)dt
p 1 T
T 0
vn2 (t )dt
vn2
lim T
p
1 lim
T T
T 0
vn2
(t )dt
若以S(f)df表示频率在f与f+df之间的平均功率，则总
的功率和为
p 0 s( f )df
vn2
lim
T
1 T
T 0
vn2 (t)dt
4.2-2电阻的热噪声
电阻内的带电微粒在电阻内部作无规则的运动 形成了无规则的电流。在一足够长的时间内， 电流的平均值等于零，而瞬时值在平均值上下 波动，称为起伏电流。
vn(t)
0
t
1、电阻热噪声的主要特性
噪声电流(或电压)表现为一随机的电振动 ，幅度是正态 分布的 。
噪声的计量：
◆在一个相当长的观测时间内，噪声电流(或电压)的平均
1、起伏噪声电压的平均值
vn
lim 1 T T
T
0 vn (t)dt
vn (t) 为噪声电压。 vn 为平均值，代表一直流分 量，它只能是一个长时间内的平均值。
2、起伏噪声电压的均方值(方差)
Δ vn (t)＝ vn (t) － vn
vn2
(t)
[vn
(t)
vn
]2
lim
T
1 T
T 0
[vn
(t
)]2
dt
lim
T
1 T
T 0
[vn
(t)
vn
]2
dt
vn2
其中 vn 代表直流分量，不表示噪声的起伏强度。
起伏噪声电压的均方值(方差)
vn2
1 lim T T
T 0
vn2
(t
)dt
其中 vn2 表示起伏噪声电压的均方值，它代表功率
的大小。均方根值则表示起伏噪声电压交流分量的有 效值，通常用它与信号电压的大小作比较。
4、设备内部噪声一般为随机噪声－－只能用概率分布
或功率谱函数表示。
§4.2 内部噪声的特点与来源
内部噪声主要由电阻、谐振电路和晶体管内部所具有的 带电微粒无规则运动所产生的。
这种无规则的运动具有起伏噪声的性质，是一种随机过 程。它不能用某一确定的时间函数来描述，但却遵循 某一确定的统计规律，可以利用其本身的概率分布特 性来描述它的特性。
第四章 干扰与噪声
4.1概述 4.2内部噪声特点和来源 4.3噪声的表示和计算方法
§ 4.1 概述
1、干扰与噪声：广义上讲指干扰有用信号的某种不期 望的扰动。通常将外部来的干扰称干扰，设备内部产 生的干扰为噪声。
来自系统外部的干扰：如宇宙干扰，天电干扰、 工业干扰、无线电 干扰等；
由设备本身产生的噪声：如接收机前级的放大器、 电阻和电缆产生的热噪声，晶体管或场效应管产生的 散粒噪声等。
F()
f (t)e jtdt
2 2
e
jt dt
1
j
e
jt
2
2
j
e2
j
e 2
j
2 j sin(
2
)
Sa(
)
sin(
f)
sin(
T
)
f
j
2
ccc
f T f
上式表明，单个噪声脉冲电压的振幅频
谱密度|F()|在整个无线电频率范围内可 看成是均等的。
4、起伏噪声的功率谱
值趋于零。 ◆噪声功率Pn则趋于一有限值。
Pn
1 T
T 0
vn2
(t
)d
t
◆噪声功率也用噪声电压方均值vn2 表示。(单位电阻)
vn2
lim
T
1 T
T 0
vn2
(t
)dt
◆自由电子的无规则热运动。
◆自由电子与晶格碰撞，产生 持续时间τ＝10－13~10－ 14s的电脉冲。
◆电阻热噪声是无数个电脉冲叠加的结果。
2、干扰与噪声影响电子设备性能
如通信系统的传输信号的能力，特别是处理弱信号的 能力(接收机灵敏度)；仪器设备的准确性(频率、幅度) 等。
3、干扰与噪声各种不同的表现形态：
电干扰、工业电火花干扰表现为一种电冲击幅度很强的 窄脉冲系列。来自邻近设备或信道的干扰，表现为正 弦波振荡或其它形式的连续电振荡或脉冲振荡。随机 噪声表现为不规则的电扰动，这种电扰动的幅度不是 很大，但占有的频率范围很宽。
3非周期噪声电压的频谱
起伏噪声是由电阻、晶体管等所具有的带电微粒无规 则运动产生的。这些带电微粒质量很小，运动速度极高。 它所产生的噪声可以看作是持续时间极短(τ＝10－13~10－ 14s)的脉冲叠加的结果，我们可以求得起伏噪声的频谱。
我们先求单个脉冲信号的频谱。 一个非周期信号只要满足狄义赫利条件，而且在区间(－∞， ＋∞)的积分是有限的，就可以用傅里叶积分表示。 意义是：一个非周期性的电压可以看成是无穷多个频率不 同、振幅无穷小的正统弦波电压的总和。