雜訊抑制濾波器指南

噪音防治基礎 [第 2 課] 如何應對噪音

12/28/2010

噪音防治基礎知識 <噪音是如何產生的？>

在上節課中，我們探討了電子產品中的電磁雜訊問題，以及採取雜訊對策的必要性。首先浮現腦海的問題是：為何不透過產品設計，從源頭杜絕雜訊產生，從而省去採取雜訊對策的必要呢？如果產品能以這種方式設計，確實就不需要採取抗干擾措施了，但現實情況是，要實現這種設計並不容易。事實上，數位電路中的某些訊號本身就會轉變為雜訊。

方波訊號（波形呈方形，並在每個固定週期內於兩個值之間來回切換）通常用於數位電路中。然而，這些方波包含大量頻率成分。

下圖展示了一個正弦波諧波（頻率為基波整數倍的波）相互疊加的例子。顯然，諧波的數量越多，其波形就越接近方波。方波正是反覆疊加這些諧波所產生的波形。

換言之，這意味著數位電路所使用的方波中包含了大量頻率成分，其中更包含許多高頻成分。
當交流電流流經導體時，會或多或少地以無線電波的形式輻射出來，而電流的頻率越高，就越容易以無線電波的形式輻射出來。正因如此，高頻輻射才會受到抗噪措施的規範。從以上內容可以清楚看出，流經數位電路的部分方波訊號會被視為雜訊加以控制。換言之，只要數位電路在運作，就會發出雜訊波。然而，從前一幅圖中可以看出，即使不包含高次諧波，這些波形在某種程度上仍與方波相似。因此，若能僅去除數位訊號中的高頻成分，便可在保留接近方波的波形同時，消除那些作為雜訊造成問題的高次諧波成分。這種方法被用於作為低通濾波器運作的電磁干擾（EMI）抑制濾波器中。「去除諧波成分」這項工作難以精準控制，若連過低的頻率也被去除，訊號波形便會失真，導致數位裝置的運作時序紊亂或發生運作錯誤。反之，若未充分移除這些頻率，抗噪措施便無法發揮應有效果。因此，市面上已推出多種具備不同抗噪措施的元件，而了解該選用何種元件便顯得至關重要。

<其他噪音來源>

事實上，數位電路中方波的諧波成分並非唯一的雜訊來源。此外，還有開關式電源的開關雜訊、馬達的碳刷雜訊，以及由各種因素引起的其他雜訊。儘管如此，處理雜訊時通常會採用低通濾波器，這與數位電路所採用的雜訊對策相同，原因在於雜訊主要集中在諧波頻段，而訊號往往會在此頻段以無線電波的形式輻射出去。
下一課將探討作為低通濾波器運作的抗噪元件背後的原理。

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