小议滤波技术

滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些辐射干扰方面，具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。
除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工作频率约为10～50 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。

瞬态干扰
是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源输出电压的波动；当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压ＶＩ上，使ＶＩ超过内部功率开关管的漏－源击穿电压Ｖ（ＢＲ）ＤＳ时，还会损坏ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ芯片，因此必须采用抑制措施。
通常，静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响。静电放电在5 — 200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在35MHz — 45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。
　 当电缆暴露在4 — 8kV静电放电环境中时，I/O电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持续时间大约为400纳秒。将I/O电缆屏蔽起来，且将其两端接地，使内部信号引线全部处于屏蔽层内，可以将干扰减小60 — 70dB，负载上的感应电压只有0.3V或更低。
　 电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。电源线滤波器可以对电源进行保护。线 — 地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件，它使干扰旁路到机壳，而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈，中心抽头通过一只电容（容量由泄漏电流决定）连接到机壳。共模扼流圈通常绕在高导磁率铁氧体芯上，其典型电感值为15 ～ 20mH。

传导的抑制
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，因为设备或系统上的电缆才是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同够成完善的电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力，都可以采用滤波技术。针对不同的干扰，应采取不同的抑制技术，由简单的线路清理，至单个元件的干扰抑制器、滤波器和变压器，再至比较复杂的稳压器和净化电源，以及价格昂贵而性能完善的不间断电源，下面分别作简要叙述。

专用线路
只要通过对供电线路的简单清理就可以取得一定的干扰抑制效果。如在三相供电线路中认定一相作为干扰敏感设备的供电电源；以另一相作为外部设备的供电电源；再以一相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样的处理可避免设备间的一些相互干扰，也有利于三相平衡。 值得一提的是在现代电子设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而是叠加，因此过于纤细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。

瞬变干扰抑制器
属瞬变干扰抑制器的有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件；而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件（以气体放电管为例，当出现在放电管两端的电压超过放电管的着火电压时，管内的气体发生电离，在两电极间产生电弧。由于电弧的压降很低，使大部分瞬变能量得以转移，从而保护设备免遭瞬变电压破坏）。瞬变干扰抑制器与被保护设备并联使用。

气体放电管
气体放电管也称避雷管，目前常用于程控交换机上。避雷管具有很强的浪涌吸收能力，很高的绝缘电阻和很小的寄生电容，对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应，与对直流电压的起弧响应之间存在很大差异。例如90V气体放电管对直流的起弧电压就是90V，而对5kV/μs的浪涌起弧电压最大值可能达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低。故它比较适合作为线路和设备的一次保护。此外，气体放电管的电压档次很少。

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农村有线广播作为党和政府舆论宣传的主阵地、联系人民群众的桥梁，在过去和将来是其它宣传舆论工具不可替代的。农村有线广播经历了音频传输、音频共缆（有线电视）传输、调频共缆传输的发展过程。每一次技术的进步，带来了广电网络质的飞跃，下面就我市农村广播电视网络传输的一些做法和想法介绍给大家，并与之一起探讨。
随着农村有线电视网络不断发展和普及，光缆到村、电缆到组到用户的传输模式，已不能适应电视网络特别是宽带网络的发展，不能更有效地提高网络传输质量。扩大和延伸光缆网络，缩小电缆传输是解决CATV传输质量和实现多功能网的唯一办法。光缆到村、到组、甚至到户都是可行的，而村的广播宣传应如何解决呢？
发展调频广播取代原有音频广播，是农村有线广播发展方向，我市农村有线电视普及率较好，高达85%，采用FM调频广播与有线电视共缆传输入户已成为可能。
海宁采用模式为：市局光缆（TV、FM）信号下传至各镇广电站，镇站通过光接收机将光信号转换成电信号。市局、镇、村三级广播全部采用为同频FM信号传输，然后用广播调制器和受控陷波器解决镇、村二级广播的插入播出问题。
在实施广播电视共缆传输中尝试了三种方案：

一、镇站广播自办节目信号经同频FM调制器和受控陷波器与市局TV、FM信号混合后，经镇级光缆或电缆下传到各村、各组及用户

各村的插入广播（通知）采用以下两种方法：
1、        各村配置一台带话筒、拾音输入的FM调制器，经混合器与市局镇下传广播电视信号混合传输到各组及用户，用户经TV终端收看电视，经FM点频调频广播收听广播节目。村级广播只要打开调制器即可播发通知，详见图1方框图：

市台TV　FM       　　　　　　镇站TV　FM       　　　　　　村组TV　FM



                  
图1  各村的插入广播采用的方法之一
2、各村将市局镇下传的广播电视信号，经带有自动开关机功能FM的调频接收机输出音频信号，推动村广播室250W扩大机经村级有线广播网络，带动农户音频广播（FM的调频接收机具有拾音、话筒输入功能，保证村级使用广播），详见图2方框图：


市台TV　FM       　　　　　　  镇站TV　FM 　　　　　　



                                                                    
                   图2  各村的插入广播采用的方法之二                                 

两种方法的缺点：第1种调频共缆传输方法，村以下有线电视网络必须将村委所在地附近作为集合点，再与局镇下传网络联接，从而引起广电网络线路走向不尽合理，网络技术传输指标变差。第2种音频共缆传输方法，只是一种过渡办法，且扩大机放置在村里，又要长时间使用，由于无专人值机，机房条件、线路条件差等原因经常损坏扩大机。

二、镇、村二级光发射传输

镇站将市局下传和自办广播节目混合后，经镇站光发射、光缆下传至村，通过光接收机进行光电转换。村级广播（通知）信号经FM调制器调制，经混合器与镇站下传TV、FM混合后，由村级光发射机通过村到组光缆传送到组，由各组光接收机接收后，经各组电缆网传送至用户，详见图3方框图：

镇站TV　FM      　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　到　各组光收点用户　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 TV　FM 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



图3  镇、村二级光发射传输

缺点：镇、村、组尽管实现了光缆到组，但经过村级再次光发射，技术指标下降；各村须配一台光发射机投入成本较大，还造成村级光发停电，造成大面积停信号；同时还存在不安全隐患。


三、下传的有线电视TV、FM光信号与村级调频广播光信号光混合传送

市局下传的TV、FM信号与镇站自办广播节目混合后，经镇站第二次光发射后，通过光缆直接传送到组，在村部所在地或在所在村中心位置配置传送至各组光分路器。村级广播（通知）由FM调制器，经FM调频光端机波分复用与光分路器混合，各组光收机经电缆传输到用户，用户收看电视和收听FM调频广播节目，详见图4方框图：

　　　　　　　　镇站TV　FM       　　　　　　　各组光收点TV  FM
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
各组光收点TV  FM
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　FM       　　　各组光收点TV  FM
　　　
图4  下传的有线电视TV、FM光信号与村级调频广播光信号光混合传送

音频广播用户，只要在各组装一台25W左右功率输出带自动开关机功能的调频点频接收机，连接原有线路就可以了，详见图5方框图：

各组光接收机       
       
FM带功放调频接收机        至音频广播用户
       


图5  各组音频广播用户前只要在装一台输出带自动开关机功能的调频点频接收机

四、结论

通过实践，我们认为第一种方案为基本配置方案，适用于现有电视网络。第二、第三种方案为网络升级改造方案。上述第三种方案比较成熟，在不破坏光缆网、不增加接收光端机的前提下，采用光纤复用FM插播技术，解决了村广播插播，既符合网络技术升级整体要求，又便于村级广播使用。第三种方案关键在于波分复用，技术含量要求较高，但为广播电视信号的传输带来诸多的优点:
1、提高有线电视的信号传输质量
在镇光缆到村、村电缆到组的传输网络中，村到组电缆长度最远的仍有7~10级放大器。而广播电视光缆到组共缆传输中，广播电视信号有三级光收、光发设备，具体为市局信号传输到乡镇一级，然后通过乡镇再到村级，最后从村级再次发送到组级。而现在，这个过程将缩短为二级光收、发设备，即从市局信号传送到镇，再从镇经光电转换、混合后由镇站光发射机通过光缆直接传送到组级。从而大大提高了网络的可靠性、稳定性及传输质量。
2、解决因停电带来的与用户之间的矛盾
农村用电按台区划分，因村级光设备、放大器等停电造成全村大面积停播有线广播电视信号，在目前最为常见，用户意见较大。通过光信号与调频信号混送后，只要站内不停电，用户组一级光接收点不停电，信号将不受网络的其它环节的影响，与村一级设备进行传送，用户仍能收看收听到广播电视节目，减少了村级停电带来的其他矛盾。
3、节约光设备成本
采用了光混合技术，可以把第二种方案中村里的TV、FM光设备放在镇站内机房，由原来一个村所在地一台TV、FM光收、光发设备，变成多个村共用一台TV、光发设备。现在每个村配置一台造价为TV光发射机三分之一的FM广播光端机，减少了设备成本投入。
4、同样解决村级广播使用
村级广播是村级组织的一种宣传工具，也是向农民群众传授科学技术的有效通道，所以，村级广播在农业农村现代化建设中有着不可缺少的，也无法替代的作用。通过光混合技术，不但增加了信号的稳定性，同时仍保持村级广播的有效使用。
5、提高安全播出的可靠性
有线广播电视信号的优质、安全是当前最重要的一项任务。减少设备的转接环节和定点放置，是确保其安全播出的有效途径。通过光混合技术，取消了村一级光收、光发设备的放置和信号传送的环节，可以防止其它非法信号在村级插播的可能性，同时，还提高了村级广播室的安全可靠。
6、操作简单
村级在使用FM广播时，只要打开FM广播调制器后，使单一的FM光发产生连锁开启，接通话筒即可播出。