電力線(xiàn)噪音干擾及解決

噪音與濾波器的問(wèn)題談起來(lái)可能要很長(cháng)時(shí)間。因此，在寫(xiě)這篇文章之前我決定把噪音與濾波器的問(wèn)題分為三篇文章來(lái)寫(xiě)。

這篇文章我將向大家解釋電力線(xiàn)噪音以及它對 X10 系統的影響。下一篇文章將談一談濾波器的工作原理。第三篇文章我們把前兩篇文章綜合一下來(lái)談?wù)勗趯?shí)際應用中如何用濾波器降低電力線(xiàn)的噪音。如果有可能，我還會(huì )向大家介紹全屋阻波器的應用。當然那可能是第四篇文章。

在 X10 世界里，電力線(xiàn)噪音是影響 X10 系統的最有爭議的問(wèn)題。我們就從噪音以及噪音在示波器上的樣子談起。圖一是 220V 電力線(xiàn)上有一點(diǎn)點(diǎn)噪音的樣子。我的確不太想用“噪音”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。在大多數情況下我還是更愛(ài)用“干擾”這個(gè)詞。

從專(zhuān)業(yè)角度來(lái)說(shuō)是電力線(xiàn)“噪音”“干擾”了 X10 系統。但有一次一位客戶(hù)問(wèn)我：“你說(shuō)的是什么意思，噪音？我怎么沒(méi)有聽(tīng)到呢？”。從那以后我就改為是電力線(xiàn)中的“干擾”影響了 X10 系統，這樣大家就很好理解了。但是在這篇文章中我還是會(huì )用“噪音”這個(gè)詞。我想你一定不會(huì )不同意吧！

我桌子上的字典這樣解釋噪音這個(gè)詞：嘈雜的、令人不快的特殊聲音。顯然這樣的解釋并不全面（不過(guò)，我還是比較喜歡“令人不快”這部分解釋?zhuān)?。而且還會(huì )給我們理解這篇文章帶來(lái)一定難度。那就換一個(gè)詞“污染”，它在字典中的解釋是：被染污，使其變得不純凈。你當地的供電電源（在中國是 50Hz ，在美國是 60Hz ）是非常干凈的。不幸的是，許多公司的產(chǎn)品（當然是電子產(chǎn)品）會(huì )產(chǎn)生很高頻率的負影響，并且把這個(gè)負影響反向發(fā)射到電力線(xiàn)上。它們 污染 了電力線(xiàn)的環(huán)境。

當電力線(xiàn)污染產(chǎn)生時(shí)，我也試著(zhù)用肥皂去洗電線(xiàn)（開(kāi)玩笑）。每個(gè)人都可以用長(cháng)江水，但請不要污染她。這個(gè)觀(guān)點(diǎn)我想我們都會(huì )同意吧！而這又與電力線(xiàn)污染有什么區別呢？每個(gè)人都可以用電力線(xiàn)的能量，但是請不要污染她！顯然，人們并不是很重視電力線(xiàn)污染問(wèn)題。許多公司都聲稱(chēng)他們的產(chǎn)品不會(huì )污染電力線(xiàn)。但是還是有一部分產(chǎn)品會(huì )污染電力線(xiàn)。

為什么我總是談?wù)撾娏€(xiàn)的污染問(wèn)題，因為它不止是 X10 的問(wèn)題，電力線(xiàn)污染會(huì )摧毀很多種家用電器。你遇到過(guò)電腦死機嗎？ ... 你遇到過(guò)電視突然沒(méi)有圖像嗎？ … 傳真中斷？ … 音響雜音？ … 燈忽亮忽暗？所有這些問(wèn)題，也許更多，都可以歸結為電力線(xiàn)污染。許多醫院或研究院都要求不能用電子鎮流器式的日光燈，他們的許多設備都對電力污染很敏感 , 而電子鎮流器式日光燈會(huì )產(chǎn)生電力線(xiàn)污染 .

我們回到 1900 年，那時(shí)的煤礦工人下井時(shí)總是會(huì )帶上一只金絲雀 , 如果金絲雀昏倒，那么就說(shuō)明礦井里有危險的瓦斯氣。如果金絲雀死了，那么他們就必須馬上離開(kāi)礦井。 X10 系統就好比金絲雀。如果你的 X10 系統因為電力線(xiàn)噪音而發(fā)生問(wèn)題，那么你家中的其它用電器也會(huì )受到影響，只是時(shí)間稍長(cháng)一些。 X10 系統會(huì )因為電力線(xiàn)噪音而時(shí)靈時(shí)不靈，偶爾也會(huì )變成“死”系統 ( 就像金絲雀 ) 。

我在這里想提醒那些生產(chǎn)或出售污染電力線(xiàn)電器的人們（特別是一些假冒偽劣產(chǎn)品），請你們負起責任并采取行動(dòng)改進(jìn)你們的電器性能。因為好的電器（真的長(cháng)城認證或 CE 認證）是不會(huì )向電力線(xiàn)發(fā)出噪音的。

當使用者裝上一個(gè)新的 X10 接收器時(shí)，本地控制可以，但網(wǎng)絡(luò )控制卻不行時(shí)，原因一般有以下三點(diǎn)：

⒈ 信號傳錯了線(xiàn)（當然這種情況是非常少見(jiàn)的 , 我們在本文中就不再討論）

⒉ 信號強度不夠（當然可以用一些耦合器或濾波器解決）

⒊ 電力線(xiàn)污染（或稱(chēng)之為噪音，干擾）。

電力線(xiàn)污染是個(gè)新問(wèn)題嗎？不是，但是在當今時(shí)代顯現的越來(lái)越嚴重。有兩點(diǎn)原因：第一，現在有比以前更多的電氣設備，更多的電子日光燈，更多的電腦還有更多的大屏幕電視。第二，現在有許多已經(jīng)被使用或未被使用的高科技產(chǎn)品。電力線(xiàn)噪音現在仍然存在是因為沒(méi)有約束它的標準。 FCC 只是約束 450KHz 以上的噪音（ AM 頻段的下限）， UL 認證只是約束電力線(xiàn)噪音為“安全”的。影響 X10 系統的頻段分布在 80KHz—150KHz 之間，而在這個(gè)頻段上幾乎沒(méi)有標準！

在此，我的觀(guān)點(diǎn)是很明確的！那些生產(chǎn)發(fā)出電力線(xiàn)噪音的電氣生產(chǎn)商，請你們肩負起減小電力線(xiàn)噪音的責任。不管怎么樣，雖然我說(shuō)出了我的觀(guān)點(diǎn)，但我也沒(méi)有很好的辦法同生產(chǎn)商談。所以當我們發(fā)現了產(chǎn)生電力氣噪音的電器時(shí)，最好的辦法是不用它，換一個(gè)品牌的產(chǎn)品。

Pico 的工程師是很有遠見(jiàn)的，早在 1978 年他們定義 X10 的信號時(shí)就選擇了正弦波的過(guò)零點(diǎn)為載波時(shí)間。時(shí)至今日，過(guò)零點(diǎn)仍然是最干凈，最不易受干擾的地方。

他們的另一個(gè)好主意是使用“補碼”來(lái)發(fā)射數字信息。（在當時(shí)還有一部重要的決定就是“ X10 二進(jìn)制擴展碼”，擴展碼的應用在近幾年非常廣泛，比如在 A10 系統中，這點(diǎn)我以后會(huì )為大家作解釋?zhuān)?

在標準的 TTL （ TRANSISTOR TO TRANSISTOR LOGIC ）電路中，以什么也不發(fā)射（低電平）代表“ 0 ”。但在多數情況下，電力線(xiàn)會(huì )好幾個(gè)小時(shí)都有什么也不發(fā)射（至少 X10 系統不發(fā)射），如果說(shuō)不重新定“ 0 ”，那么接收端會(huì )認為發(fā)射端發(fā)射了一連串的“ 0 ”。所以 Pico 工程師（發(fā)明 X10 協(xié)議的人）決定用 0—1 代表“ 0 ”用 1—0 代表“ 1 ”（如圖二所示）用這種方法代替那種“發(fā)射”代表“ 1 ”，“不發(fā)射”代表“ 0 ”的原始方法是很有遠見(jiàn)的。

在 1989 年， X10 工程師改進(jìn)了二進(jìn)制碼的接收電路，并提高了接收的可靠性，后來(lái)我們得到了新一代的可以抵御干擾的 AGC 和門(mén)限 AGC 接收器。我們先看一些噪音，再談 AGC 電路

。

圖三給我們展示了一個(gè)看似很干凈的正弦波，但是如果你把電腦的屏幕放大，你可以發(fā)現這個(gè)正弦波上還是有一些小小的干擾。大多數地區電力線(xiàn)的正弦波都是比較干凈的。比如在美國電力線(xiàn)一般是 10—25mV 的噪音，中國電力線(xiàn)一般會(huì )有 25—50mV 的噪音。當然噪音的大小還取決于你家中的電器和電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在大多數家庭用房中，噪音的水平是處于 X10 系統的允許范圍內的。

接下來(lái)我將向你展示一些圖形。第一點(diǎn)，以下展示的一些圖形有些夸張，請相信我，這只是一些示意圖，因為我要向你展示一些電力線(xiàn)的正弦波（它們的振幅非常高，可達 300V 以上）還有 X10 載波信號或噪音（對比起來(lái)它們振幅只有幾伏或幾十毫伏），如果我把它們按正常的比例顯示給大家看，那你根本就看不到載波信號或噪音，只能到一個(gè) 300V 振幅的正弦波。所以以下的圖只是示意圖。第二點(diǎn)，我會(huì )向你展示一些簡(jiǎn)單的 X10 協(xié)議。不管怎么說(shuō)，以下的解釋可能你會(huì )不好理解，但當你把這篇和我以后要寫(xiě)的幾篇文章看完后就會(huì )明白一切的。（聽(tīng)起來(lái)好像電腦游戲的攻略）

如圖四所示，那是一個(gè)標準的沒(méi)有令人反感的背景噪音的 X10 電力載波信號（請記住這只是一個(gè)放大了振幅的示意圖）。對于這樣的載波信號 X10 接收器可以很容易地將字符串從電力線(xiàn)中萃取出來(lái)，并且加工，執行動(dòng)作。

讓我們回到 1980 年的美國，當時(shí)是美國的科技爆炸時(shí)代，許多的家用電器以及新科技被用于家庭。隨之而來(lái)的是電力線(xiàn)噪音不斷增長(cháng)， X10 工程很快響應并改進(jìn)了接收 X10 載波信號的算法。當然細說(shuō)起來(lái)會(huì )花很長(cháng)時(shí)間，簡(jiǎn)單地說(shuō)，他們把每個(gè)周期的 120KHz 的脈沖個(gè)數進(jìn)行計算，從而提高了接收器的頻率響應特性。

到了 1990 年，由于家庭中出現了電腦，大屏幕電視，傳真機以及許多電子小器具， X10 工程師很快響應并推出“ AGC ”（ AUTOMATIC GAIN CONTROL 自動(dòng)增益控制）接收方法。許多天線(xiàn)電愛(ài)好者都知道 AGC 被廣泛地用于電視機和收音機電路中，用于改善接收效果。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果使用 AGC 電路，那么它的輸出量不再是一個(gè)恒定的量，而且根據系統的需要和控制，應用反饋電路輸一個(gè)可以變化的量。這就好像現在有些高級的汽車(chē)音響一樣，當你在高速公路上開(kāi)車(chē)并打開(kāi)車(chē)窗時(shí)它就會(huì )自動(dòng)把音量增大，當你停在紅綠燈前時(shí)，它會(huì )自動(dòng)把音量減小。

AGC 電路使 X10 接收器進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，它可以自動(dòng)判斷電力線(xiàn)干擾的大小，這就意味著(zhù)它可以更好的地區分噪音與信號。但在很強的干擾下， AGC 電路也不會(huì )很好的工作。 AGC 電路要求 X10 載波強度至少要比背景噪音大一倍。

如圖五所示的噪音，即使是最新的 X10 AGC 接收器也對它無(wú)濟于事，從圖中我們可以看出 X10 信號并沒(méi)有比噪音大一倍。

AGC 接收電路要做的比 X10 系統強一些，它的信噪比可達 1.25 ∶ 1 （ X10 是 2 ∶ 1 ），但是現在只供應國外市場(chǎng)（因為價(jià)格很高），我們期待著(zhù)有一天也會(huì )供應國內市場(chǎng)！