抑制电磁干扰的接口电路及方法.pdf

本发明的实施例公开了一种抑制电磁干扰的接口电路及方法，涉及通信设备的接口电路，主要用于ADSL、ISDN等通过铜线环路进行通信的设备中。该抑制电磁干扰的接口电路，包括变压器，该变压器包括初级线圈和次级线圈，所述次级线圈上设有中间抽头，并且所述中间抽头通过高频滤波器接地；本发明抑制电磁干扰的方法实施例，将高频噪音通过变压器次级线圈中间抽头上的高频滤波器导通到接地点，从而过滤掉高频噪音。本发明解决了现有通信设备的接口电路抑制电磁干扰功能较弱的问题。

1、  一种抑制电磁干扰的接口电路，包括变压器，该变压器包括初级线圈和次级线圈，其特征在于，所述次级线圈上设有中间抽头，并且所述中间抽头通过高频滤波器接地。

2、  根据权利要求1所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述次级线圈的中部串联有隔直电容，所述中间抽头由隔直电容的两端分别引出。

3、  根据权利要求1或2所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述高频滤波器为数字滤波器或模拟滤波器。

4、  根据权利要求3所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述数字滤波器包括数字高通滤波器或者数字带通滤波器；所述模拟滤波器包括模拟高通滤波器或者模拟带通滤波器。

5、  根据权利要求4所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述模拟高通滤波器包括滤波电容，所述模拟带通滤波器包括串联的电容和电感。

6、  根据权利要求1所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述中间抽头位于次级线圈的中点位置，所述高频滤波器为模拟低通滤波器或者数字低通滤波器。

7、  根据权利要求2所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述隔直电容位于次级线圈的中点位置，所述高频滤波器为模拟低通滤波器或者数字低通滤波器。

8、  根据权利要求6或7所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述模拟低通滤波器包括电感。

9、  根据权利要求1所述的抑制电磁干扰的接口电路，其特征在于，所述变压器包括两组次级线圈，其中一组次级线圈为发送端口，另一组次级线圈为接收端口。

10、  一种抑制电磁干扰的方法，其特征在于，将变压器次级线圈的中间抽头通过高频滤波器接地；高频噪音通过所述高频滤波器输出到接地端。

抑制电磁干扰的接口电路及方法
技术领域
本发明涉及通信设备的接口电路，特别涉及通信设备中具有抑制电磁干扰功能的接口电路，及该接口电路抑制电磁干扰的方法。
背景技术
在现有的铜线环路上采用一般的数字传输技术，可以使大部份铜线环路的数字传输速率达到9.6kbits甚至28.8kbit/s；如果采用DSL(数字用户环路)技术，可以使铜线环路的数字传输速率可以达到MHz的级别。
为了在铜线环路中实现全双工操作(即发送信道和接收信道同时工作)，调制解调器把通频带分成两个分离的信道，分别用于上行通信和下行通信，并使用回拨抵消电路，最终通过一个变压器，将上行通信的数据和下行通信的数据汇总到一对双绞线上，进行传输。如图1所示，以DSL技术为例，在DSL设备发送信号时，首先通过DA转换将数字信号转化为离散的模拟信号，再经过滤波器将模拟信号中的高频成分过滤，得到模拟信号后，再依次通过回波抵消电路和变压器，最后输出到铜线上。在通过铜线环路接收信号时，模拟信号先依次通过变压器和回波抵消电路、然后由芯片内部的解码模块将模拟信号转换为数字信号。在发送信号使用的DA转换模块，和接收信号使用的解码模块均可能产生高频噪音，这些高频噪音会对设备造成电磁干扰。信号通过铜线环路传输过程中，也可能引入很多高频噪音，例如：雷击产生的高频信号会耦合到铜线环路上。目前，抑制电磁干扰的措施较有效的方法是：在信号回路上添加滤波器。如图1所示的ADSL端口电路框图，在变压器的输入线圈通过电容C1、C3接地，或在变压器和回波抵消电路之间通过电容C2、C4接地，这样就可以将高频信号通过电容C1、C3以及C2、C4引到接地端，抑制高频信号对设备造成的电磁干扰。
发明人在实现本发明的过程中，发现上述抑制高频信号的技术至少存在如下问题：
1、在选择电容C2、C4时，需要考虑到回波抵消电路的端口阻抗，当输入的噪声信号较强时，则需要将电容C2、C4的电容值配置到100pF以上，才能够将噪声信号过滤掉。由于C2、C4的电容值较大，即C2、C4的阻抗值较小，增加了C2、C4滤波所作用的频段，使得部分有用的信号被电容C2过滤掉，造成信号环路性能明显下降。
2、变压器的输入线圈通过电容C1、C3接地，由于回波抵消电路对地的阻抗较低，所以，电容C1、C3的接地端相当于连接到回波抵消电路的端口，即，电容C1、C3相当于跨接在变压器的输入线圈和输出线圈之间。由于电容C1、C3对于高频信号的阻抗较小，使得高频信号通过电容C1、C3耦合到铜线环路上，并且外部的浪涌(如雷击)容易通过电容C1、C3耦合到使用该接口电路的设备中，导致变压器的隔离性能下降，造成电磁干扰较强。
发明内容
本发明的实施例提供一种抑制电磁干扰的接口电路及方法，抑制铜线环路中传输数字信号的电磁干扰，并且保证该接口电路的隔离性能和环路性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种抑制电磁干扰的接口电路，包括变压器，该变压器包括初级线圈和次级线圈，所述次级线圈上设有中间抽头，并且所述中间抽头通过高频滤波器接地。
一种抑制电磁干扰的方法，其特征在于，将通过变压器次级线圈的中间抽头通过高频滤波器接地；高频噪音通过所述高频滤波器输出到接地端。
由上述技术方案所描述的本发明的实施例，通过在次级线圈设置中间抽头，然后利用高频率波器将中间抽头接地，使得进入到次级线圈的高频噪音通过高频滤波器被引导至接地端，防止了高频噪音被输入到该接口电路所在的设备中，从而抑制了电磁干扰。同时由于本发明实施例中没有在变压器的输入端直接通过电容接地，使得噪音信号不会被耦合到铜线环路上，外部的浪涌(如雷击)信号也不会被耦合到使用该接口电路的设备中，增加了该接口电路的隔离性能；并且本发明实施例没有在变压器的输出端直接通过电容接地，防止了有效信号被过滤，从而保证了该接口电路的环路性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例的附图获得其他的实施例。
图1为现有技术中ADSL端口电路框图；
图2为本发明实施例中接口电路的原理图；
图3为图2等效的阻抗模型图；
图4为本发明抑制电磁干扰的方法实施例的流程图；
图5为本发明抑制电磁干扰的接口电路第一实施例具体电路图；
图6为本发明第一实施例中的有源高通滤波器的具体电路图；
图7为本发明抑制电磁干扰的接口电路第二实施例具体电路图；
图8为采用现有接口电路时采集到的信号图；
图9为采用本发明接口电路的实施例后采集到的信号图；
图10为本发明实施例中接口电路采用带通滤波器的原理图；
图11为本发明实施例中接口电路采用的有源带通滤波器的具体电路图；
图12为本发明实施例中接口电路采用低通滤波器的原理图；
图13为本发明实施例中接口电路采用的有源低通滤波器的具体电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例在变压器次级线圈的中间抽头处通过高频滤波器接地，使得高频噪音被过滤，抑制了电磁干扰，根据所使用的场合不同，变压器可以包括一组初级线圈，也可以包括多组初级线圈，本发明实施例中不对初级线圈的组数限定。
如图2所示，该接口电路在次级线圈的C点处通过高频滤波器接地，这样，A点就相当于通过A点到C点这段的电感和高频滤波器接地，而B点就相当于通过B点到C点这段的电感和高频滤波器接地。A点和B点对地的阻抗就是C1和高频滤波器串联后的阻抗(如图3所示)，由于高频滤波器可以将有用信号阻隔，而导通高频噪音信号，使得所有到达A、B两点的高频噪音都会被引导至接地端，防止了高频噪音被输入到后面连接的驱动电路，从而确保输入到驱动电路的信号不会影响驱动电路的工作性能。
本发明实施例中抑制电磁干扰的方法如图4所示，具体为：
401、在接口变压器的次级线圈抽头处，通过高频滤波器接地。
402、有用信号和高频噪音同时通过变压器的初级线圈耦合到次级线圈，高频噪音被耦合到次级线圈后，通过次级线圈中间抽头处的高频滤波器导通到接地点，从而抑制了变压器后续的电路不会受到高频噪音的影响。
下面结合附图对本发明抑制电磁干扰的接口电路的实施例进行详细描述。
实施例1：
如图5所示，在本实施例中，接口电路的变压器上设置了两个次级线圈，一个初级线圈，一个次级线圈为发送端口，另一个次级线圈为接收端口，并且两个次级线圈的中部都串联有隔直电容，所以隔直电容的两端都需要通过滤波电容接地，如图5中的C1、C2、C3和C4。在本实施例中，发送端口的一个信号端1通过次级线圈上1和3之间的分布电容，以及滤波电容C3接地，使得到达该信号端1的高频噪音被引导至接地端。
同理，发送端口的另一个信号端4，以及接收端口的两个信号端(5和8)处的高频噪音也被引导至接地端。本实施例防止了高频噪音被输入到该接口电路所连接的芯片，从而确保输入到芯片的信号不会影响该芯片的工作性能。
上述的滤波电容C3的容值应该大于或等于100pF，才能保证较好地过滤掉高频噪音信号。当滤波电容C3取值为100pF时，可以将频段100MHz以上的噪声信号过滤掉，当滤波电容C3取值为1000pF时，可以将频段为30MHz到100MHz的噪声信号过滤掉。
本实施例中所采用的滤波电容C3只是模拟高通滤波器的一种，还可以采用其他的模拟高通滤波器，目前常用的模拟高通滤波器包括：电阻、电容和运算放大器组成的有源高通滤波器。如图5所示，为通过电容电阻和运算放大器实现的二阶有源高通滤波器。
上述实施例中所描述的接口电路可以用在通过铜线环路进行通信的设备中，包括ADSL接入设备、ISDN(Integrated Service Digital Network，综合业务数字网)接入设备等。
实施例2：
如图7所示，本实施例接口电路的变压器上设置了两个次级线圈，一个初级线圈，一个次级线圈为发送端口，另一个次级线圈为接收端口，但只有在发送端口次级线圈的中部串联有隔直电容。对于发送端口，隔直电容的两端都需要通过滤波电容(C5和C6)接地，而接收端口只需要在线圈的中部通过一个滤波电容C7接地就行了。
同实施例1中的原理一样，本实施例防止了高频噪音被输入到该接口电路所连接的芯片，从而确保输入到芯片的信号不会影响该芯片的工作性能。
通过试验测量可以得出采用本发明实施例后，能够削弱该接口电路的高频噪音，如图8所示，为采用现有技术中的接口电路测量到的频谱图，其中横坐标为频率，纵坐标为信号强度，由图8可以观察到，在35MHz、71MHz和141MHz处的噪音比较明显，可能造成电磁干扰。采用本发明接口电路实施例后，再去测量频谱图，得到图9所示结果，可以看到，在35MHz、71MHz和141MHz处的噪音明显降低很多，降幅大概有5dB到10dB，较好地抑制了电磁干扰。
上述实施例1和实施例2中都采用模拟高通滤波器作为高频滤波器，在实际运用时，还可以将模拟带通滤波器来作为高频滤波器，只需要使得高频噪音信号的频率落在模拟带通滤波器的通带内即可。如图10所示，模拟带通滤波器的最普遍实现方式就是电感L1和电容C10组成的模拟带通滤波器。也可以通过电阻、电容和运算放大器组成的有源带通滤波器，如图11所示为一个二阶有源带通滤波器。
当所述的隔直电容位于次级线圈的中点位置时，可以将模拟低通滤波器作为高频滤波器；或者次级线圈中没有隔直电容时，直接将中间抽头设置在次级线圈的中点位置，然后将中间抽头通过模拟低通滤波器接地。由于在信号传输时，次级线圈的两端传输的是差分信号，那么次级线圈的中点处电位为零，不会受到接地的影响；如果在设计模拟低通滤波器时，使得高频噪音信号的频率落在通带内，则会使得高频噪音信号被导通到接地点，确保高频噪音信号不会继续在信号线上传输。如图12所示，模拟低通滤波器的最普遍实现方式就是电感L2，当然，也可以通过电阻、电容和运算放大器组成的有源低通滤波器，图13为一个二阶有源低通滤波器。
实施例3：
本实施例中所采用的高频滤波器，有别于实施例1和实施例2中所采用的高频滤波器。在实施例1和实施例2中都是采用模拟滤波器，在实际运用时，可以用数字滤波器代替模拟滤波器。
一般情况下，数字滤波器是通过DSP(数字信号处理)芯片，以及相应的程序来完成，具体过程如下：首先将信号进行FFT变换(快速傅立叶变换)，然后将变换后的信号乘以一个频率因子，以便将不需要的频率信号过滤掉，最后再进行DFT变换(反快速傅立叶变换)，得到输出的信号。
上述的频率因子如果选择高通频率因子，则可以实现数字高通滤波器；如果选择带通频率因子，则可以实现数字带通滤波器。
和模拟低通滤波器的运用原理相同，当所述的隔直电容位于次级线圈的中点位置时，可以将数字低通滤波器作为高频滤波器；或者次级线圈中没有隔直电容时，直接将中间抽头设置在次级线圈的中点位置，然后将中间抽头通过数字低通滤波器接地。而数字低通滤波器是需要将频率因子选择为低通频率因子即可。
由于本发明实施例中没有在变压器的输入端直接通过电容接地，使得噪音信号不会被耦合到铜线环路上，外部的浪涌(如雷击)信号也不会被耦合到使用该接口电路的设备中，增加了该接口电路的隔离性能；并且本发明实施例没有在变压器的输出端直接通过电容接地，防止了有效信号被过滤，从而保证了该接口电路的环路性能。
可以理解，本发明的实施例中通过改变高频滤波器的实现方式，仍然能够完成本发明的目的，增加接口电路的隔离性能，并且防止了有效信号被过滤，从而保证了该接口电路的环路性能。
本发明实施例主要用在各种电子设备的接口电路中，特别是用在通过铜线环路进行通信的电子设备的接口电路中，例如：ADSL、ISDN等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。