问:我听说射频可以让低频电路做一些奇怪的事情。这是怎么回事?

答:我曾经被传唤到法国，因为一款名为AD654的电压频率转换器(VFC)出现了“不可接受的精度变化”。我在自己的实验室里测量了有问题的部件，发现它们是稳定的，并且在规格范围内，但是当我用我的测试夹具将它们退回给客户时，他无法复制我的结果。在考虑实地考察以证实我的怀疑时，我发现我们的顾客所在城镇的“La Cognette”餐厅在米其林指南中拥有三星，厨师是“Maitre Cuisinier de France”——这是一个来之不易的头衔。拜访客户变得更加必要了。正在英国研究波音风洞试验数据偏移的赫尔曼主动提出来帮忙——他说这是一个有趣的技术问题(但就在他主动提出之前，我看到他在认真地查阅《米其林指南》)。

从位于英格兰南部纽伯里的Devices公司办公室开车到法国中部需要6个小时的车程，还要乘6个小时的渡轮横渡英吉利海峡，还要从公路的右侧转到右侧。然而，开车比坐飞机好，因为你可以带更多的测试设备(还有便携式业余爱好者站——我们都是业余爱好者)。

当我们接近客户的作品时，我们经过了一个巨大的短波发射天线，然后是一个，一个又一个。我们开始猜测可能出了什么问题，当我们进入实验室时，我的夹克口袋里装着一个两米长的便携式火腿收发器(HT或“handy-talky”)。

正如客户所说，AD654确实表现不稳定。VFC的输出频率在几分钟内变化了几十mV的等效偏移量。我悄悄地把手伸进口袋，按下了HT的传输键。输出频率跃升相当于150毫伏，从而表明问题是高频拾取。稍后进行的更正式的测量表明，本地发射机(法国海外广播组织)产生的高频(HF)场强在我们客户的作品中为数十或数百mV/m。

精密测量电路中的许多不稳定问题都可以追溯到高频干扰，但除非系统中有一个扬声器，可能会意外地从附近的电台播放硬摇滚音乐，否则工程师们通常会忽略这个不准确的来源，并归咎于放大器或数据转换器的制造商。

此外，这种情况是不寻常的，因为它需要一个高功率信号来影响AD654，它是单端的，对RF也相对不敏感-它更常见的是在放大器中看到差分放大器。这类放大器的两个输入都有高的共输入阻抗;因此，它们更容易受到低水平射频的影响，例如来自个人电脑(PC)的辐射。[这一现象在设备系统设计研讨会笔记中有详细说明，作为系统应用指南(1993)出售。]

一个重要的因素是，在仪表放大器中，共模抑制随着频率的增加而降低，在相当低的频率开始滚转，而失真随着频率的增加而增加。这样，不仅高频共模信号不被拒绝;它们被扭曲，产生偏移。对于一些射频干扰可能性很大的应用，AD830差分放大器具有宽带共模抑制功能，专为线路接收器应用而设计;它可能是仪表放大器的有用替代品。

传感器通常通过长电缆连接到它们的信号调节电子设备上。工程师们有一个术语来形容这么长的电线;他们称之为天线。从传感器到电子设备的长馈线将以同样的方式工作，并将充当天线，即使我们不希望它们这样做。传感器外壳是否接地并不重要，在高频情况下，外壳和馈线的电抗将允许系统表现为天线，并且它遇到的任何高频信号(E场，M场或E-M场)将出现在任何阻抗上。它们最有可能出现的地方是放大器的输入端。精密的低频放大器很少能处理大的高频信号，其结果是误差-通常是一个变化的偏移误差。

问:但这不可能发生在我身上!

永远不要相信它不会发生在你身上!一个简单的免费午餐总是可以通过让一个无辜的人打赌他或她的电路没有这些问题而获得。在两米(144-148-MHz)波段使用ham / HT, 1瓦在1米距离上1秒几乎每次都能赢得免费午餐。但一个不那么引人注目的测试也同样令人信服。

断开传感器及其引线。用最短的连接将放大器输入端子相互短路，并将其与放大器电路公共(可能是接地)短路，并测量放大器输出;几分钟后观察它的稳定性。现在拆除短路，更换传感器引线并将其置于正常工作环境中。禁用励磁并使传感器端的信号引线短路。再次测量放大器的输出，以及它随时间的变化。悄悄哭泣。

通常可以通过使用高频示波器(或频谱分析仪，更敏感但不容易解释)来测量放大器输入端的高频噪声，包括正常模式和共模式;但是，正常模式的测量必须以怀疑的态度对待，因为示波器本身——以及它的功率——和探针引线——可能会引入信号，使测量无效。如图所示，在测量点和示波器输入端之间使用一个简单的宽带变压器，可以将示波器的影响降到最低;但这样的变压器具有相当低的阻抗，并将负载电路被测量。

通过禁用任何传感器激励并将示波器接地连接到电路板输入处并将所有传感器引线连接在一起并连接到示波器输入处，可以很容易地观察到共模信号。通常情况下，这个信号的振幅为几百毫伏，包含从低频到几十或几百兆赫的分量。

世界上到处都是高频噪声源:业余无线电操作员、警察、使用手提电话的人、车库开门器、太阳、超新星、开关电源和逻辑信号(如pc机)。由于我们无法消除环境中的高频噪声，我们必须在低频信号到达精密放大器之前将其滤除。

当信号带宽只有几赫兹时，可以使用最简单的保护类型。在放大器前面插入一个简单的RC低通滤波器将提供正常模式和共模高频保护。一个合适的电路如图所示。在选择元件时需要考虑两个重要问题:必须选择电阻R和R´(图中显示为1 k欧姆，适合放大器偏置电流为几nA或更小的值)，以便当放大器偏置电流流过它们时，它们不会明显增加偏置。正常模时间常数(R + R´)C(2)必须比共模时间常数RC(1)和R´C(1)´大得多，否则共模时间常数必须非常仔细地匹配，以避免在差分输入之间将共模转换为信号的不平衡。

如果信号带宽更宽，这种简单的滤波器将不适合，因为它们去除所需的高频正模信号以及不需要的高频共模信号。如果它们到达放大器，大的高频共模信号很可能遭受共模→正模转换(以及轻微整流，产生低频误差)，因此有必要使用滤波器，该滤波器将拒绝高频共模信号，但将通过直流和高频正模信号。

这样的过滤器如下所示。它是许多年前由Astrodata公司的Bill Gunning设计的，与长途电话线路中使用的“幻影电路”有关。它使用一个紧密耦合的“三线”变压器，有三个绕组，精确的1:1:1的比例。任何绕组上的交流电压也会出现在其他绕组上。

保护线在源端接地，在另一端接放大器的保护引脚(或类似的衍生电压)，这代表放大器“认为”是共模，通过电容器。高频共模信号将出现(根据定义)穿过底部绕组，并将在其他两个绕组中感应出相等的共模电压，在每条线上串联减去共模电压，并有效地消除放大器输入端的高频共模信号。

当然，存在潜在的问题。在保护电路中，与变压器串联的电容器几乎是必不可少的，以阻挡直流和低频电流，防止保护电路中的低频电流使变压器铁芯饱和。进入放大器保护端子的阻抗必须远低于变压器绕组的阻抗;在非常高的频率下，变压器的电容将允许信号泄漏或可能导致相移。这些问题对变压器的设计设置了不兼容的限制，如果它必须处理非常宽的共模频率范围。

在这种情况下，可以考虑使用如图所示的两个单独的变压器进行双重抵消——一个靠近放大器，具有高电感(相应的高电容)，另一个具有良好的甚高频效率。

其他方法也是可行的:放大器可以放置在离传感器更近的地方，用携带数字数据的引线(或光纤)代替长引线，这样更不容易受到伤害;更多的屏蔽通常(但不总是)有帮助;有时(但很少)可以减少意外高频信号的可能性(即使你远离火腿和警察，总是有可能出现意外的披萨送货车或去它的基地…)

然而，最重要的考虑是要意识到高频干扰的可能性，并尽快解决它。如果设计总是在预期不必要的高频的情况下进行，那么很有可能预防措施将是充分的-当你没有预料到它时，麻烦就开始了。

问:那个法国客户怎么样?

他的问题用两个电阻、三个电容器和一块接地铜箔就解决了。我们去了"小女孩"庆祝。