Подавление шумов в сигнальной цепи методом ее симметрирования

Цель симметрирования состоит в том, чтобы сделать равными шумы, наводимые в обоих проводниках СИ. В этом случае они будут представлять собой продольный, или синфазный, сигнал, который будет скомпенсирован в нагрузке. Симметричными являются двухпроводные схемы, в которых оба проводника и все подключенные к ним цепи имеют одинаковый импеданс относительно земли и любого другого проводника.

Симметрирование можно использовать в сочетании с экранированием там, где уровень шумов должен быть ниже уровня, достижимого при использовании только экранирования. Кроме того, в некоторых случаях, симметрирование применяется вместо экранирования и является основным методом шумоподавления.

Заземление с симметричным входом относительно земли, рассмотренного выше, или использование дифференциального усилителя (рис.1) является первым шагом на пути к созданию симметричной системы.

Однако в этой схеме усилитель обеспечивает симметричную нагрузку, но источник остается несимметричным из-за наличия сопротивления R _г.

При симметрировании источника относительно земли получается полностью симметричная система. Символически эта схема показана на рис.2.

В качестве проводников в симметричных схемах обычно применяют витые пары или экранированные витые пары, так как они симметричны.

В симметричной схеме использование витой пары может обеспечить защиту как от магнитных, так и от электрических полей без экранирования проводников. Тем не менее, все же желательно применять экраны, так как совершенной симметрии достичь трудно и могут потребоваться дополнительные средства защиты.

Коаксиальный кабель, напротив, имеет несимметричную форму, поэтому для симметричной системы следует брать два коаксиальных кабеля (рис.3).

Чем лучше симметрия схемы, тем большее подавление шумов можно получить. Если было бы возможно достичь совершенной симметрии, шумы не могли бы проникать в систему.

Симметрия системы зависит от симметричности источника, симметричности сигнальных проводов и нагрузки, а также от симметрии любых паразитных импедансов. Между двумя входными проводниками должна быть обеспечена симметрия как по активным, так и по реактивным сопротивлениям, т. е активные и реактивные сопротивления каждого из проводников относительно земли должны быть равны. Величина любых шумов, проникающих в симметричную схему, является функцией степени ее несимметрии и прямо пропорциональна напряжению шумов.

Напряжение шумов можно уменьшить соответствующим экранированием и заземлением, как было рассмотрено в предыдущих разделах, и исключением заземления одного конца схемы.

Симметрия системы зависит от частоты сигнала. Обычно, чем выше частота, тем труднее получить точную симметрию, поскольку на высокой частоте большое влияние на работу схемы оказывает паразитная емкость.

В несимметричной системе линию передачи сигнала можно сделать симметричной при помощи двух трансформаторов (рис.4). Поскольку проводники обычно наиболее чувствительны к наводкам, такаясхема может быть очень полезна для уменьшения шумов. Кроме того, трансформаторы разрывают все контуры заземления, устраняя тем самым шумы, вызванные наличием разности потенциалов источника и нагрузки.