利用双绞线与低通滤波器抑制EMI和RFI

利用双绞线与低通滤波器抑制EMI和RFI

       双绞线的重要性

      双绞线对数据通信有着重大意义，能够大幅降低串扰、RFI和EMI。

      互联网和计算机的普及带动了双绞线应用的普及，许多人误以为双绞线是项新发明，实际情况并非如此。图1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申请的专利副本，他描述了多对双绞线之间的相互影响。

图1. Alexander Graham Bell于1881年获得美国专利244,426

       Bell先生指出：多个电路通过两条线连接——一条直通线和一条返回线，构成一个金属线导电回路。当金属线导电回路置于其它电路附近时，如果周边电路在两条线上感应信号不同，则金属线所连接的电话及其它电气设备就会感应干扰信号；显而易见，如果在直通线和返回线上产生相同影响，则其中一条导线产生的电流将抵消另一条导线产生的电流。如果两条导线与干扰电流的感应关系相同，或将两条导线置于与上述电路相同的距离(确保其它条件完全相同)，则可避免干扰。

       这些经过125年历史验证的真理，为现代的差分信号原理奠定了基础。图2所示，导线A的电流所产生的磁场会在导线B中产生所不期望的电流。

图2. 导线之间的串扰：导线A中电流所产生的磁场在导线B产生所不期望的电流。

       图中导线之间的电容表示杂散分布电容，当增大串扰信号的频率时，电容耦合将更为明显。图3中，我们观察到Bell先生提出的“抵消”效应。当在双绞线两侧施加相等的干扰信号时，干扰信号将被抵消。射频环境下，杂散电容会耦合导线之间的能量。同理，由于双绞线的干扰相等、方向相反，RFI趋于抵消。以差分形式接收双绞线信号将增强“抵消”效应。

图3. 当对双绞线两侧施加相等的干扰信号时，导线之间的串扰被抵消。

        也可以利用屏蔽导体将双绞线包裹起来，起到静电屏蔽作用。屏蔽增大了杂散电容，作用相当于低通滤波器，进一步衰减RF干扰。导线的阻性和感性为串联元件，分散电容对地形成低通滤波器。当通信链路仅传输低频信号时，例如电话音频或其它窄带信号，这一特性有助于改善传输效果。