電子系統(tǒng)抗干擾理論與技術(shù)

第一節(jié)噪聲的定義和種類第二節(jié)抗干擾的三要素和抗干擾的積極措施第三節(jié)在噪聲傳播途徑中抑制噪聲的措施現(xiàn)在是1頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023第一節(jié)噪聲的定義和種類一、噪聲的定義對于電子電路中所稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為，它是對有用信號(hào)以外的所有電子信號(hào)的一個(gè)總稱。最初，人們把造成收音機(jī)之類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào)，稱為噪聲。但是，一些非有用電子信號(hào)對電子電路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成電視屏幕有白斑或條紋的那些電子信號(hào)也稱為噪聲?，F(xiàn)在，可以說，電路中除有用信號(hào)以外的一切信號(hào)，不管它對電路是否造成影響，都稱為噪聲?，F(xiàn)在是2頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023例如，電源電壓中的紋波或自激振蕩，可以對電路造成不良的影響，使音響裝置發(fā)出交流聲或?qū)е码娐氛`動(dòng)作，但有時(shí)也許并不導(dǎo)致上述后果。對于這種紋波或振蕩，不管它對電路造成影響與否，都應(yīng)稱為電路的一種噪聲。又如，某一頻率的無線電波信號(hào)，對需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來講，它是正常的有用信號(hào)，而對另一頻率的接收機(jī)它就是一種無用信號(hào)，即是噪聲。

現(xiàn)在是3頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023在電子學(xué)中常使用“干擾”這個(gè)術(shù)語。干擾被定義為:由外部噪聲和無用電磁波在接收中所造成的騷擾?；蛘叨x為:在接收一所需信號(hào)時(shí)，非所需能量造成的擾亂效應(yīng)，包括其它信號(hào)的影響、雜散發(fā)射、人為噪聲等，自然噪聲一般不計(jì)算在內(nèi)。

在國際無線電咨詢委員會(huì)的文件中，干擾的結(jié)果被分為三類:允許的干擾可接受的干擾有害的干擾現(xiàn)在是4頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023“抗干擾”的定義是:結(jié)合電路的特點(diǎn)使干擾減少到最小。一個(gè)電子電路(甚至設(shè)備或系統(tǒng))一方面害怕外界干擾的入侵，另一方面它又可能對其它電路產(chǎn)生干擾。例如接收機(jī)，它是怕干擾的，但接收機(jī)內(nèi)的本地振蕩級(jí)如果有泄漏，就可能干擾其它電路。又例如音頻振蕩器，它的輸入端是低電平的，害怕受到干擾，但它的輸出是高電平的，又會(huì)干擾其他設(shè)備。每一個(gè)電子電路、設(shè)備或系統(tǒng)在受干擾和干擾方面又有它主要的一面，如低電平電路是受干擾的，所以主要是考慮防止外來干擾，而電源、振蕩電路等主要是干擾源，要防止它干擾其他設(shè)備。如果更具體些說明，怕干擾的要“抗干擾”，而對干擾源則要設(shè)法“抑制干擾”，我們?yōu)榱藬⑹龇奖悖褂昧诉@兩個(gè)名詞，但總的來說都是“抗干擾”?，F(xiàn)在是5頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023噪聲是一種電子信號(hào)，而干擾是指的某種效應(yīng)，是由于噪聲原因?qū)﹄娐吩斐傻囊环N不良反應(yīng)。電路中存在著噪聲，卻不一定形成干擾。在數(shù)字電路中。往往可以用示波器觀察到在正常的脈沖信號(hào)上混有一些小的尖峰脈沖，這種小尖峰脈沖是不期望的一種噪聲。由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不致于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生混亂，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。當(dāng)然，噪聲與干擾的區(qū)分有時(shí)候也是比較困難的，特別是由于人們在判別是否受到干擾這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)上有差異，故不容易區(qū)分哪些應(yīng)叫做噪聲，哪些應(yīng)稱為干擾。當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾?，F(xiàn)在是6頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023二、噪聲的種類1、從噪聲表現(xiàn)的狀態(tài)來分類從噪聲表現(xiàn)的狀態(tài)可以把噪聲分為規(guī)則噪聲、連續(xù)的不規(guī)則噪聲、間歇和瞬時(shí)噪聲。規(guī)則噪聲的典型例子如電源紋波，它是在直流電壓上疊加的50H:電網(wǎng)頻率(或二倍電網(wǎng)頻率)的脈動(dòng)波形，它是連續(xù)的和規(guī)則的。連續(xù)的不規(guī)則噪聲如直流電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲、開關(guān)式元器件工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲等，它們的振幅、頻率及波形都是不規(guī)則的，但是連續(xù)發(fā)生的。間歇或瞬時(shí)噪聲大多是外來的噪聲，如電網(wǎng)中大功率設(shè)備的突然起動(dòng)在電路中造成瞬間的浪涌脈沖等?，F(xiàn)在是7頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232、從造成嗓聲的機(jī)理來分類從造成噪聲的機(jī)理來看可分成內(nèi)部噪聲和外部噪聲二大類。內(nèi)部噪聲又可分為下列幾種。(1>熱噪聲如電阻等由于熱能作用時(shí)電子騷動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲，幾乎覆蓋整個(gè)頻譜。這種噪聲總是存在的，但溫度越低噪聲越小。(2)顫噪噪聲(話筒效應(yīng)嗓聲)當(dāng)設(shè)備中的電路和元器件受到機(jī)械振動(dòng)時(shí)，電路參數(shù)發(fā)生變化，如同微音器一樣，在電路內(nèi)產(chǎn)生噪聲電壓，這種噪聲稱顫噪噪聲或話筒效應(yīng)噪聲。(3)散粒噪聲如電子管陰極所發(fā)射的電子，每個(gè)都是彼此獨(dú)立的，在各個(gè)短暫的瞬間，它們都是不連續(xù)的不規(guī)則的，這種不規(guī)則性引起的電特性變化，就成為一種頻譜范圍很寬的噪聲。現(xiàn)在是8頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

4)閃變噪聲電子管陰極物質(zhì)的電子釋放條件因時(shí)間而不同，從而引起電特性的變化，形成閃變效應(yīng)的噪聲。(5)交流聲由于直流電源的整流濾波性能不好，或因布線等使電路藕合了變壓器等的泄漏磁通，產(chǎn)生和電網(wǎng)頻率相同或倍頻的交流成分.這種噪聲往往會(huì)在音響設(shè)備上發(fā)出令人討厭的低頻哼聲，這種噪聲叫作交流聲。(6)熱電勢噪聲異種金屬相接觸，在它們之間有溫度差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢，而成為一種熱電勢噪聲。(7)接觸噪聲材料接觸處接觸不良使該處電導(dǎo)率起伏變化而引起的噪聲。這種噪聲常見于假焊、導(dǎo)線連接不牢靠、開關(guān)接點(diǎn)接觸不良等。現(xiàn)在是9頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

(8)尖峰或振鈴噪聲電路中電流的突變，在電感負(fù)載上引起的尖峰反沖電壓波或衰減振蕩波而引起的噪聲。(9)自激振蕩自激振蕩也是一種典型的內(nèi)部噪聲。它是由于在具有放大功能的電路中，其輸出的一部分通過藕合以正反饋方式加到輸入端而產(chǎn)生的。(10)反射噪聲前后級(jí)電路不匹配，使長線傳輸?shù)男盘?hào)在接點(diǎn)處引起反射，產(chǎn)生相移，這就成為一種疊加在信號(hào)上的噪聲。(11)分配噪聲晶體管發(fā)射極區(qū)注入到基極區(qū)的少數(shù)載流子中，一部分經(jīng)過基極區(qū)到達(dá)集電極形成集電極電流，一部分在基極區(qū)中復(fù)合。由于載流子復(fù)合時(shí)，其數(shù)量時(shí)多時(shí)少，導(dǎo)致集電極電流也隨著起伏而引起所謂的分配噪聲?，F(xiàn)在是10頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023(12)1/f噪聲或閃爍噪聲晶體管、場效應(yīng)管等器件在低頻端所產(chǎn)生的一種噪聲，其噪聲功率與頻率成反比地增大，故稱1/f噪聲。對這種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，目前尚有不同見解，但已經(jīng)知道它與半導(dǎo)體材料制作時(shí)清潔處理有關(guān)。(13)天線熱噪聲天線本身的熱噪聲是非常小的。但是，天線周圍的介質(zhì)微粒處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)的電磁波輻射被天線接收，然后又由天線輻射出去。當(dāng)接收與輻射的噪聲功率相等時(shí)，天線和周圍的介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)，這樣天線中就有了這種天線熱噪聲。(14)電化電勢噪聲這是電路中的金屬在腐蝕時(shí)產(chǎn)生的一種電池效應(yīng)，這種電他效應(yīng)形成的噪聲稱電化電勢噪聲?，F(xiàn)在是11頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/202311外部噪聲可以分成人為噪聲和自然噪聲二種。人為噪聲：(1)火花放電噪聲如汽車的汽缸點(diǎn)火、繼電器觸點(diǎn)的開斷、火花式高頻設(shè)備的工作及電鉆中整流子式電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生火花放電，火花放電會(huì)形成一系列含有很高頻率成分的強(qiáng)烈噪聲。(2)電暈放電噪聲如臭氧發(fā)生器和高壓輸電線等都會(huì)產(chǎn)生一種電暈放電，這種放電具有間歇性質(zhì)，并產(chǎn)生脈沖電流，從而成為一種噪聲干擾;而且電暈放電過程還產(chǎn)生一種高頻振蕩，也會(huì)對電路產(chǎn)生干擾。電暈放電噪聲主要對載波電話、低頻航空無線電通信以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾。

現(xiàn)在是12頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

(3)輝光放電噪聲當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)間的氣體被電離時(shí)，在兩個(gè)接點(diǎn)間就會(huì)產(chǎn)生一種再生的、能自己維持的輝光放電。輝光放電經(jīng)常在繼電器觸點(diǎn)、開關(guān)接點(diǎn)處發(fā)生，這種放電除了能引起高頻輻射外，還在配電線上引起電壓電流的沖擊。(4)脈沖式噪聲數(shù)字電路中的脈沖信號(hào)、晶體振蕩產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率脈沖等，通過各種方式對其他電路產(chǎn)生干擾。(5)開關(guān)式噪聲在開關(guān)電路中如晶體管、可控硅開關(guān)在工作時(shí)所產(chǎn)生的尖峰脈沖噪聲，特別是在斷開電感負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)式噪聲特別強(qiáng)烈。(6)電波噪聲高頻電路、無線電廣播和通訊設(shè)備所輻射出的電磁波是對電路影響的一種電波噪聲?，F(xiàn)在是13頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023自然噪聲：(1)大氣噪聲有時(shí)也稱為天電噪聲。自然界的雷電現(xiàn)象是一種常見大氣噪聲。地球上平均每秒鐘發(fā)生100次左右的雷擊閃電，每次雷電都產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場騷動(dòng)，并以電磁波形式傳播到很遠(yuǎn)。在看不見雷電現(xiàn)象的情況下，干擾也可能會(huì)很嚴(yán)重。對設(shè)備、電網(wǎng)輸電線的直接雷擊或雷電感應(yīng)，則會(huì)對電路產(chǎn)生幅度很高的浪涌電壓而形成更厲害的干擾。另外，大氣電離或空間電位變動(dòng)，以及其他氣象現(xiàn)象所產(chǎn)生的噪聲也屬于大氣噪聲。(2)太陽系噪聲這是指太陽及太陽系行星所輻射的無線電噪聲。其中太陽的影響最大，而且極不穩(wěn)定，與太陽的黑子數(shù)及日輝(即太陽大爆發(fā))有關(guān)，對地面的干擾比較嚴(yán)重。(9)宇宙噪聲主要指太陽系外其他星系所輻射的無線電噪聲。通常銀河系的輻射較強(qiáng)，其影響主要在米波及更長波段內(nèi)(1.5m,1.85m,3m,15m)?，F(xiàn)在是14頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20233、根據(jù)噪聲頻率分類現(xiàn)在是15頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20234、根據(jù)噪聲對電路作用的形態(tài)來分類噪聲對于電路作用的形態(tài)有兩種，一種是串模，一種是共模。串模噪聲也常稱正態(tài)噪聲、常態(tài)噪聲、串態(tài)噪聲或平衡噪聲等;共模噪聲常稱為共態(tài)噪聲、同相噪聲、對地噪聲或不平衡噪聲等?，F(xiàn)在是16頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20234、根據(jù)噪聲對電路作用的形態(tài)來分類噪聲對于電路作用的形態(tài)有兩種，一種是串模，一種是共模。串模噪聲也常稱正態(tài)噪聲、常態(tài)噪聲、串態(tài)噪聲或平衡噪聲等;共模噪聲常稱為共態(tài)噪聲、同相噪聲、對地噪聲或不平衡噪聲等?，F(xiàn)在是17頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

共模噪聲對于電路的作用形態(tài)可由下圖來說明。在以大地電位為基準(zhǔn)的回路中，兩根線A與B上均對地有一個(gè)噪聲電壓Un。在這個(gè)電路中Un的產(chǎn)生是由于二個(gè)回路間存在著一個(gè)公共阻抗R，回路1的電流變化，通過公共阻抗的耦合，給回路2造成了影響。若Us是直流信號(hào),Un是交流信號(hào)的話，線A與B上的波形如下圖c)所示?，F(xiàn)在是18頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

共模噪聲往往可以轉(zhuǎn)換成為串模噪聲。一般說來，共模噪聲要轉(zhuǎn)化成串模噪聲才對電路起影響。若一電路完全平衡，則說明它有完全不使共模噪聲轉(zhuǎn)化成串模噪聲的能力。然而，完全平衡是很難做到的，總存在程度不同的不平衡，因而也總存在串模噪聲的影響。衡量一個(gè)電路抗共模噪聲的能力，可以用它抑制轉(zhuǎn)化成串模噪聲的能力來表示，即用eCM/eNM的比值表示。電路的共模抑制能力常用CMRR(dB)表示:現(xiàn)在是19頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20235.以噪聲不同傳播途徑來分類大致可有:導(dǎo)線傳導(dǎo)的藕合噪聲經(jīng)公共阻抗的藕合噪聲電磁場的藕合噪聲其中，電磁場的藕合根據(jù)離輻射源的距離遠(yuǎn)近，可分為近場的感應(yīng)和遠(yuǎn)場的輻射。在近場感應(yīng)噪聲中又可分電容性藕合噪聲和電感性藕合噪聲兩種。電容性耦合的噪聲主要由電力線通過相互間電容藕合來傳播的;電感性耦合的噪聲主要由磁力線通過相互間的電感來傳播的;而遠(yuǎn)場的輻射則是電磁波方式傳播的?，F(xiàn)在是20頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023一、抗干擾的三要素描述一個(gè)電路所受干擾的程度若用N表示，則N可用下式來定義：第二節(jié)抗干擾的三要素和抗干擾的積極措施

這里，G代表噪聲發(fā)生源的強(qiáng)度;C代表從噪聲源通過某種途徑傳到受干擾處的藕合因素;I表示受干擾的電路的抗干擾性能。G,C,I即表示了抗干擾的三要素。要使電路受干擾的程度小，則必須在這三方面想辦法。第一使G變小，就是將客觀存在的干擾源強(qiáng)度在發(fā)生處抑制得很小;第二使C減小，將噪聲在傳播途徑上給予很大的衰減;第三應(yīng)使I增大，在受干擾處用各種措施，使電路的抗干擾能力提高，或在受干擾處將噪聲抑制下去。現(xiàn)在是21頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023二、在噪聲源處抑制噪聲最為有效

如果能找到噪聲源，而且在噪聲源處采取措施不讓噪聲傳播出來，那不就徹底地解決了問題嗎?在其余二方面就不必多花力氣了?？墒鞘聦?shí)表明，在干擾現(xiàn)場，因情況復(fù)雜，往往注意力被各種受干擾的效應(yīng)和現(xiàn)象所吸引，忘記了這一基本道理，卻忙于在受干擾處采取各種措施，結(jié)果效果并不理想。例如，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些電子設(shè)備受干擾而誤動(dòng)作，曾花了不少精力來提高這些設(shè)備的抗干擾性能，但效果卻不好。到最后卻發(fā)現(xiàn)這些干擾均是一只電磁繼電器所引起的，結(jié)果只用了一個(gè)二極管并接在繼電器線圈上就將問題全部解決。所以在理論上和實(shí)踐上都告訴我們，無論受干擾的情況怎樣復(fù)雜，應(yīng)首先去研究如何在噪聲源處就將噪聲抑制下去的辦法，這樣往往可以取得事半功倍的效果?，F(xiàn)在是22頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

1.開關(guān)白熾燈裝置中的各種指示燈常用白熾燈。我們知道，白熾燈在未點(diǎn)亮的時(shí)候，燈絲是冷的，電阻很小。在電源接通的瞬間，燈絲上突然流過比穩(wěn)定時(shí)大5-15倍的沖擊電流，燈絲變熱后，電阻變大，電流才變小而穩(wěn)定下來。如小型燈泡的正常穩(wěn)定電流是50mA，則沖擊電流瞬間可達(dá)0.5A。現(xiàn)在是23頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

2.集成電路的開關(guān)工作數(shù)字集成電路在輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，其工作電流的變化很大。特別是騰柱輸出結(jié)構(gòu)的TTL電路，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間，由于電荷儲(chǔ)存的原因，會(huì)有大約10ns的瞬間同時(shí)導(dǎo)通，這相當(dāng)于電源對地短路。每一個(gè)門電路，在這轉(zhuǎn)換瞬間有30mA左右的沖擊電流輸出。沖擊電流是寬度約為10ns的三角波，含有十分高的頻率成分，它在印制線的阻抗上產(chǎn)生尖峰噪聲電壓。現(xiàn)在是24頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是25頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

3.接通電容性負(fù)載當(dāng)接通電容性負(fù)載的瞬間也會(huì)產(chǎn)生突變的沖擊電流。如下圖所示，這樣的電路在開關(guān)S合上的瞬間，由于電容器的特性，其兩端的電壓不能突變，對于充電電流，它等效于短路，電流值僅由回路的電阻R決定?，F(xiàn)在是26頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是27頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

4.斷開電感性負(fù)載如下圖所示，在電感負(fù)載上流動(dòng)的電流突然被中斷時(shí)，瞬間在電感中會(huì)產(chǎn)生與原來電流方向相反的沖擊電流，在電感兩端形成一種反沖電壓。正常電流越大或電感量越大，所產(chǎn)生的反沖電壓也越大。反沖電壓的幅值可以比電源電壓高10-200倍?，F(xiàn)在是28頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023如右圖所示，電源電壓為24V，當(dāng)電源突然切斷時(shí)，電感兩端將產(chǎn)生350V幅值的反沖浪涌電壓。圖a)是這種反沖浪涌電壓的波形。電感負(fù)載成為一種強(qiáng)烈的干擾源的情況是常見的，只要電路中存在著諸如繼電器之類電感負(fù)載的開關(guān)工作，又不采取任何措施，那么電路一定會(huì)受到這種反沖電壓的干擾。例如，電網(wǎng)上只接有一只8W的熒光燈的開關(guān)，也會(huì)成為附近電子設(shè)備受干擾的原因?，F(xiàn)在是29頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

當(dāng)由于機(jī)械式接點(diǎn)造成電感性負(fù)載的電流突然中斷，則電感內(nèi)部的能量將消耗在接點(diǎn)間的放電中，這又是一個(gè)強(qiáng)烈的噪聲源。在一般回路中，機(jī)械式接點(diǎn)斷開時(shí)，只要接點(diǎn)間有15V以上的電位差和回路上有0.5A電流流過時(shí)，接點(diǎn)間就會(huì)產(chǎn)生火花放電，這種放電還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻波輻射噪聲。當(dāng)接點(diǎn)間電壓高于300V時(shí)，將發(fā)生輝光放電，成為更強(qiáng)烈的噪聲源。現(xiàn)在是30頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

抑制電路有幾種，要根據(jù)實(shí)際情況加以選擇?，F(xiàn)在是31頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是32頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是33頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023第三節(jié)在噪聲傳播途徑中抑制噪聲的措施一、導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合噪聲的抑制方法抑制由導(dǎo)線直接傳導(dǎo)的噪聲，主要措施是串接濾波器。濾波器是一種讓給定頻帶的信號(hào)通過，而對其他頻率成分產(chǎn)生很大衰減的電路。它分為低通濾波器（LPF),濾除高頻成分而讓低頻成分通過;高通濾波器（HPF)濾除低頻成分，而讓高頻成分通過;帶通濾波器(BPF),只讓某一頻率范圍通過，高于或低于該頻率范圍的成分都被濾除;與帶通濾波器作用相反的叫帶阻濾波器。現(xiàn)在是34頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是35頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是36頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是37頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023現(xiàn)在是38頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

如果噪聲的頻率遠(yuǎn)高于信號(hào)頻率，常用下圖簡單的LC低通濾波器，其結(jié)構(gòu)簡單，濾除噪聲的效果也較好?，F(xiàn)在是39頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

除此之外，利用具有去耦濾波器作用的積分電路，也可有效地濾除傳導(dǎo)噪聲。簡單的積分電路如下圖a)所示，由電阻R和電容C組成。圖b)為輸入波形。當(dāng)RC時(shí)間常數(shù)為一合適值時(shí)，電容C反復(fù)充放電，在輸出端出現(xiàn)隨時(shí)間而被積分的波形，如圖c)所示。要想從含有較高頻率成分的信號(hào)中消除噪聲，可取RC時(shí)間常數(shù)大于噪聲周期，小于信號(hào)周期?，F(xiàn)在是40頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023二、公共阻抗耦合噪聲的抑制方法1.公共阻抗耦合的噪聲公共阻抗耦合是指噪聲源回路和受干擾回路之間存在著一個(gè)公共阻抗，噪聲電流通過這個(gè)公共阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓，傳導(dǎo)給受干擾的回路?，F(xiàn)在是41頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是接地線成為公共阻抗的典型例子。這里三個(gè)回路以串聯(lián)的方式接地，阻抗Z1就成為回路1,2,3的公共阻抗，阻抗Z2則為回路2,3的公共阻抗。這樣，任何一個(gè)回路的地線上有電流流過，都會(huì)影響其他回路。也就是說，每個(gè)回路的接地點(diǎn)A,B,C都不是真正的零電位，而是隨各個(gè)回路的電流大小變化而變動(dòng)。例如，回路1是0-10mV直流輸入的低電平放大器，而回路2是。0-50mA直流輸出的數(shù)字電路，公共阻抗Z1只有10mΩ的線路阻抗，則放大器就有。0-500uV的誤差電壓產(chǎn)生。這相當(dāng)于0-5%的誤差。當(dāng)回路3是大功率繼電器驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，對放大器的影響更加嚴(yán)重?，F(xiàn)在是42頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232、一點(diǎn)接地法避免公共阻抗清除公共阻抗耦合的方法主要有兩個(gè)，一個(gè)是采取一點(diǎn)接地，另一個(gè)是盡可能降低公共阻抗。一點(diǎn)接地法就是把各回路的接地線集中于一點(diǎn)接地。在小信號(hào)模擬電路、數(shù)字電路和大功率驅(qū)動(dòng)電路混雜的場合，采用大信號(hào)地線和小信號(hào)地線分開的辦法。機(jī)內(nèi)布線完全是兩個(gè)系統(tǒng)，只有在電源供電處才一點(diǎn)相接。這樣，既保證兩個(gè)地線系統(tǒng)有統(tǒng)一的地電位，又可避免地線形成公共阻抗?，F(xiàn)在是43頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232、一點(diǎn)接地法避免公共阻抗對于直流電源的供電線路，也要盡量避免因公共阻抗負(fù)載的變動(dòng)而影響其他負(fù)載。圖a)是由于供電線存在的公共阻抗R1,R2，一個(gè)負(fù)載的電流變動(dòng)影響另一個(gè)負(fù)載的情況。當(dāng)負(fù)載電流變動(dòng)是脈沖性質(zhì)，就會(huì)在電源電壓上產(chǎn)生尖峰狀噪聲。圖b)的接法則避免了公共阻杭，即便負(fù)載有較大的變動(dòng)，由R1,R2產(chǎn)生的壓降也不會(huì)影響其他負(fù)載。當(dāng)然，電源的內(nèi)阻也是一個(gè)公共阻抗，這是無法消除的，只能減小它?，F(xiàn)在是44頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232、一點(diǎn)接地法避免公共阻抗交流供電線路中也有同樣的問題。例如，電網(wǎng)供電設(shè)計(jì)成如下圖，由于電梯、冷氣設(shè)備等大功率負(fù)載啟動(dòng)或關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的尖峰狀電壓或電流，通過和計(jì)算機(jī)供電電網(wǎng)形成的公共阻抗，藕合給計(jì)算機(jī)。解決的方法是減小公共阻抗，或者使這個(gè)公共阻抗遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)，大功耗負(fù)載所產(chǎn)生的浪涌噪聲或尖峰狀噪聲‘經(jīng)較長距離的電線衰減后，其影響會(huì)顯著變小。現(xiàn)在是45頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20233.要重視減小公共阻抗中的電感成分上述的公共阻抗，除了電阻外，還包含有容抗和感抗。然而，事實(shí)證明，許多人往往把公共阻抗只看成是電阻，這在抗干擾技術(shù)上是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，并因這種疏忽而導(dǎo)致線路的嚴(yán)重干擾。由于噪聲往往具有很高的頻率成分，所以，對于公共阻抗，就不應(yīng)單純地只看到它的電阻成分。特別是對于常用的電線、印制板上的印制線，從噪聲或從高頻的角度來看，與其說它是電阻，倒不如認(rèn)為它是電感。因?yàn)?，在高頻時(shí)導(dǎo)線的等效電路是由電阻和電感串聯(lián)而成，頻率越高，感抗成分占整個(gè)阻抗的比例越大。這里可做些分析。直線形狀的導(dǎo)線，其電感可由下式計(jì)算：現(xiàn)在是46頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023這里l為導(dǎo)線的長(cm),C為導(dǎo)線的直徑(cm),A是常數(shù)，它由導(dǎo)線斷面內(nèi)的電流分布所決定，根據(jù)趨膚效應(yīng)的作用，A為0.75-1，無趨膚效應(yīng)時(shí)為0.75，電流集中于導(dǎo)線表面時(shí)為1。下圖是計(jì)算直徑2mm銅導(dǎo)線電感量L的實(shí)例。由圖可知，直徑為2mm的直線銅線，每1m長電感量為1uH左右?，F(xiàn)在是47頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023不要因?yàn)檫@個(gè)電感值小而忽視它，用ω=2πfL公式計(jì)算一下，在1MHz時(shí)其阻抗是6.3Ω，對10MHz則是63Ω。可想而知，當(dāng)導(dǎo)線上瞬間有峰值IA的脈沖狀噪聲電流通過時(shí)，將會(huì)有多大的噪聲電壓產(chǎn)生。再對印制線路板的印制線進(jìn)行分析。印制線路板一般是在玻璃環(huán)氧基板上粘合著一層約35um厚的銅箔，印制線如寬1mm,則每10mm長，其電阻值為5mΩ左右，其電感量為4nH左右。我們分析比較一下印制線的電阻和電感所產(chǎn)生的噪聲。現(xiàn)在是48頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023圖a)是集成電路開關(guān)工作時(shí)流過的電流波形。這是模型化的、并不是實(shí)際測得的波形。圖b)是集成電路和旁路電容之間的等效電路。根據(jù)每10mm長的印制線所含電阻值和電感值來估算電路各部分所產(chǎn)生的噪聲電壓:電源的印制線共長50mm,電阻值為25mΩ,產(chǎn)生的噪聲電壓為0.75mV;電源的印制線所具有的電感量為20nH，產(chǎn)生的噪聲電壓為120mV;地線印制線長33mm，電阻值為16mΩ,噪聲電壓為0.48mV;地線印制線的電感量為13nH,噪聲電壓為78mV;旁路電容容量為0.05uF,噪聲電壓為3mV。比較這五部分噪聲電壓可以清楚地看到，印制線電感成分所產(chǎn)生的噪聲電壓要比電阻成分所產(chǎn)生的噪聲電壓大幾百倍，因此，電阻因素可以忽略，而電感因素則不能忽略?，F(xiàn)在是49頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

通過上述兩個(gè)實(shí)例的分析，可以看到無論是導(dǎo)線還是印制線，其形成公共阻抗，電感成分是產(chǎn)生噪聲電壓的主要因素。所以，在布線和設(shè)計(jì)印制線路板線路時(shí)，要盡量降低作為公共阻抗的導(dǎo)線或印制線所含的電感量。例如，對于地線可選用盡可能粗的導(dǎo)線，有條件時(shí)可采用電感量很小的銅板條;印制線路的地線也要盡量做到短而粗，必要時(shí)可用大面積的銅箔作為地線來降低其阻抗等?，F(xiàn)在是50頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023三、電容性耦合噪聲及其抑制方法1.電容性耦合傳播噪聲的機(jī)理電容性耦合在一般文獻(xiàn)中又常稱為靜電耦合和靜電感應(yīng)。這種噪聲傳播的方式可舉個(gè)通俗例子來說明。在初等物理的靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)一個(gè)帶電體接近下部帶有兩片金屬箔的靜電檢測器時(shí)，金屬箔產(chǎn)生感應(yīng)電荷因同性相斥而張開，帶電體離去因自重而又閉合。從干擾的角度來看，金屬箔的張合是一種受干擾的效應(yīng)。這是由于電力線的作用，從一方向另一方傳送了靜電的變化，這就是靜電感應(yīng)。電容器能傳導(dǎo)交流電也是基于這種原理，所以，從電容器傳導(dǎo)變化電壓的角度上可以認(rèn)為，這種噪聲的傳導(dǎo)屬于電容性耦合?，F(xiàn)在是51頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

導(dǎo)體間的電容性耦合的簡單表示方法如下圖a)所示。其中，導(dǎo)體A是噪聲源，其對地噪聲電壓為Us;導(dǎo)體B是受感應(yīng)的導(dǎo)體，其對地電阻為RL，對地電容為CL;UN為導(dǎo)體B所感應(yīng)的噪聲電壓;A和B兩者間的分布電容為Cs。圖b)是UN的頻率特性曲線現(xiàn)在是52頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232、抑制電容性耦合的措施電容性藕合噪聲的大小與噪聲頻率成正比，與受感應(yīng)體的對地阻抗Rf成正比，與兩導(dǎo)體間的分布電容量成正比，當(dāng)然還應(yīng)與噪聲源的噪聲電壓US，成正比。

不管怎樣，抑制電容性藕合噪聲的一個(gè)最基本的方法是減小與噪聲源的分布電容CS。下圖是說明加大與噪聲源間距來減小分布電容CS的實(shí)例。圖中的噪聲源是交流100V,50Hz的電源線，對與之并行的電路布線產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在其間距分別為2mm和1Omm的情況下，所測得的U、噪聲電壓各為2.1V和0.32V。這說明，兩根線的間距加大，可以使分布電容急劇下降，因而導(dǎo)致噪聲耦合的減弱。這就是在裝配工藝上常常要求信號(hào)線要與成為噪聲源的電網(wǎng)電源線、功率線等盡量遠(yuǎn)離分開布線的主要原因?，F(xiàn)在是53頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20233.靜電屏蔽的幾種形式

有時(shí)因條件限制，不能加大間距來減小耦合電容量。因結(jié)構(gòu)的關(guān)系而采用靜電屏蔽的方法。靜電屏蔽是切斷電容性耦合的一個(gè)十分有效的方法。靜電屏蔽有多種形式。右圖是一個(gè)典型的形式。靜電屏蔽實(shí)際上就是將帶電體發(fā)出的極大部分電力線屏蔽掉。由于電力線變得很少，導(dǎo)體間的電容量也就變得很小，通過電容性耦合的噪聲當(dāng)然也就很小。電力線是從帶電體中呈放射狀發(fā)出的，有時(shí)為了簡便，不一定要將此帶電體完全包圍起來，而只在所需方向上加屏蔽板也能取得較好的效果?，F(xiàn)在是54頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

如下圖a)所示，在兩個(gè)導(dǎo)體之間放入接地的導(dǎo)體就可以使它們之間的靜電耦合減輕，這可以應(yīng)用在印制板線路設(shè)計(jì)上。在兩根印制線之間加一條接地的印制線，就能有效地起到靜電屏蔽作用。如下圖b)所示的兩個(gè)導(dǎo)體之間的分布電容Cs，當(dāng)它們?nèi)鐖Dc)那樣接近地平面時(shí)，電容量Cs也會(huì)減小，成為C's，這也被認(rèn)為是一種靜電屏蔽的方式。這種方式常用于高頻電路印制線路板的設(shè)計(jì)中，在裝元器件的一面全部用銅箔作為地平面，在其反面的印制線路之間相互感應(yīng)會(huì)顯著地降低?，F(xiàn)在是55頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

在電路中最常見的靜電屏蔽是導(dǎo)線的屏蔽。一般用編織線作為屏蔽層將導(dǎo)線包圍起來并且接地，因此能保護(hù)線路不受外界電場影響。另外也防止了導(dǎo)線產(chǎn)生的電力線向外界泄漏，成為靜電感應(yīng)的噪聲源。

靜電屏蔽抑制電容性耦合噪聲的效果一般要比用拉大間距減小分布電容的效果來得顯著?，F(xiàn)在是56頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023四、電感性耦合噪聲及其抑制方法1、電感性耦合傳播噪聲的機(jī)理及其抑制方法電感性耦合一般又稱為電磁耦合或電磁感應(yīng)。從物理學(xué)可知，線圈切割磁力線會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢。反之，線圈不動(dòng)，周圍的磁力線變化，也同樣會(huì)在線圈兩端感應(yīng)出電動(dòng)勢。所以，一根導(dǎo)線，當(dāng)流過它的電流大小發(fā)生變化，在其周圍就會(huì)產(chǎn)生出變化的磁場。若在這個(gè)交變的磁場中有另一個(gè)電路回路，就會(huì)在回路中感應(yīng)出電動(dòng)勢。從干擾的角度看，這個(gè)回路受到了這根導(dǎo)線的干擾。從物理學(xué)可知，這兩部分通過磁力線形成的耦合，其程度可用互感來表示?，F(xiàn)在是57頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是兩個(gè)回路之間的電感性耦合的原理圖。噪聲源電壓為U1，導(dǎo)體1和導(dǎo)體2可以是導(dǎo)線也可以是線圈。U1在導(dǎo)體上通過的電流為I1，產(chǎn)生與電流成正比的磁通φ1現(xiàn)在是58頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023當(dāng)這個(gè)回路的電流在另一回路中產(chǎn)生磁通時(shí)，這兩個(gè)回路之間就存在著一個(gè)互感M：式中的φ12表示回路1的I1，在回路2中所產(chǎn)生的磁通。這個(gè)磁通在回路2中所感應(yīng)的電壓UN,可用這兩個(gè)回路的互感形式來表示:由上式可知，電感性耦合的噪聲大小與噪聲源回路的電流I1變化率成正比，與互感M成正比。要抑制這種噪聲，除了在噪聲源抑制其變化率外，還應(yīng)使互感M減小?，F(xiàn)在是59頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023兩個(gè)回路之間的距離對互感的影響很大，盡量拉開間距可以減小噪聲的耦合。另外，要使回路1和回路2的環(huán)路面積盡可能地小，特別要避免回路2的環(huán)路平面與回路1產(chǎn)生的磁通垂直相交。即使是垂直相交，回路之間的相對位置不同，耦合程度也會(huì)不同。下圖是兩個(gè)對比的例子，圖b)的情況比圖a)更惡劣，b-c組成的回路受到的磁通影響要大得多?，F(xiàn)在是60頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

減少電感性耦合的有效方法是采取電磁屏蔽。電磁屏蔽主要是利用在低電阻的金屬屏蔽材料內(nèi)流過的電流來防止頻率較高的磁通干擾。

現(xiàn)在是61頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023電磁屏蔽的形式有多種。下圖是一種常見的電磁屏蔽方法，它一般用來屏蔽象線圈等那樣向外泄漏磁通的元器件。當(dāng)線圈中有交變信號(hào)通過時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交變磁通，形成電感性耦合的噪聲源。若用低電阻的金屬制成圓筒形的容器將它包圍起來，這時(shí)線圈的交變磁通穿過金屬圓筒時(shí)，就會(huì)在金屬層內(nèi)產(chǎn)生渦流電流;這種渦流電流也產(chǎn)生一種磁通，這個(gè)磁通的方向正好與原來的磁通方向相反，互相抵消。所以，基本上隔離了磁通向外泄漏，從而抑制了通過電感性耦合噪聲的傳播。當(dāng)然，這種屏蔽體如果接地，又同時(shí)有靜電屏蔽的作用。屏蔽接地當(dāng)然不妨害電磁屏蔽功能，所以一般電磁屏蔽也接地。現(xiàn)在是62頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

電磁屏蔽與靜電屏蔽還有一個(gè)不同的地方，就是嚴(yán)格的電磁屏蔽必須沒有縫隙地嚴(yán)密地包圍受屏蔽體，而靜電屏蔽要求并不那么高。這是由于噪聲磁通使屏蔽體上產(chǎn)生渦流電流，它產(chǎn)生的磁通正好與噪聲磁通相反。如果在垂直于此電流方向上有縫隙，就會(huì)阻止渦流電流的流動(dòng)，因而影響電磁屏蔽的效果。對于靜電屏蔽，屏蔽體上有縫隙幾乎對屏蔽作用無影響。

電磁屏蔽的嚴(yán)密性與被屏蔽體所使用的頻率高低有關(guān)。例如，為屏蔽50Hz電源變壓器的外泄磁通，在變壓器的周圍加一頭尾短路的銅帶就有相當(dāng)?shù)男Ч?。但對頻率高的磁通，這種辦法就不那么有效，這時(shí)要將受屏蔽體全部包圍才有效。電磁屏蔽還要注意屏蔽殼體不能太小，否則會(huì)影響受屏蔽體本身的電感量，而使電路的參數(shù)發(fā)生變化?；蛘撸捎谄帘螝んw的振動(dòng)，引起回路常數(shù)的變動(dòng)，造成新的干擾?，F(xiàn)在是63頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023電磁屏蔽所用的金屬材料只要求導(dǎo)電性能好。材料厚度只需從機(jī)械強(qiáng)度的角度來考慮。電磁屏蔽對很低的低頻不是十分有效，這時(shí)要用高導(dǎo)磁率材料進(jìn)行磁屏蔽，以便將磁力線限定在磁阻很小的磁屏蔽導(dǎo)體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到外部。這里，可選用坡莫合金等對低磁通密度有高導(dǎo)磁系數(shù)的材料，并要求一定的厚度。下圖a)表示，線圈發(fā)出的低頻磁通的絕大部分集中于高導(dǎo)磁的屏蔽體內(nèi)，而很少向外泄漏。圖b)是用屏蔽來保護(hù)某個(gè)區(qū)域不受外界磁通的影響，將高導(dǎo)磁材料置于屏蔽區(qū)域周圍，以便提供一個(gè)低的磁阻旁路來達(dá)到排除磁通的影響?，F(xiàn)在是64頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232.對作為噪聲源的導(dǎo)線實(shí)行屏蔽對通過噪聲電流的導(dǎo)線實(shí)行電磁屏蔽，抑制它作為噪聲源向外界的干擾，是導(dǎo)線屏蔽的原因之一。下圖a)所示的導(dǎo)線AB流過電流I時(shí)，成為向外界發(fā)出磁通的噪聲源。這時(shí)如圖b)那樣若對導(dǎo)線AB進(jìn)行電磁屏蔽，電流I在流經(jīng)負(fù)載RL之后，全部通過導(dǎo)線的屏蔽體返回信號(hào)源的地。由于屏蔽體上流過的電流也產(chǎn)生磁通，并且與導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通大小相等而方向相反，這樣在屏蔽體外面，不存在磁通，也就是說，導(dǎo)線AB被電磁屏蔽了?，F(xiàn)在是65頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖表示了信號(hào)源和負(fù)載RL接地的情況，在加屏蔽體后其電磁屏蔽效果會(huì)受到一定影響。因?yàn)榱鬟^RL的電流I將會(huì)按圖示那樣分成I1、I2二個(gè)方向返回信號(hào)源的地，I2顯然要比I小，它產(chǎn)生的抵消磁通肯定也比原來的要小?，F(xiàn)在是66頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023屏蔽體的一個(gè)重要特性，是它的截止頻率ωC。ωC

=Rs/Ls，其中Rs,Ls分別為屏蔽體的電阻和電感。當(dāng)導(dǎo)線中流經(jīng)的電流，其頻率遠(yuǎn)大于屏蔽體的截止頻率時(shí)，由于屏蔽體與導(dǎo)線之間的互感作用，屏蔽體將提供比地面回路的電感低得多的電流歸路，在頻率較高時(shí)這種電感的阻抗是整個(gè)阻抗的主要因素，絕大部分電流仍流過屏蔽體，因而屏蔽是非常有效的。而只有當(dāng)頻率低于5ωC時(shí)，大部分電流將從地面回路返回，這時(shí)的屏蔽作用是比較小的。大多數(shù)電纜、屏蔽體的截止頻率以及其5倍的截止頻率在數(shù)千赫到數(shù)十千赫之間。現(xiàn)在是67頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20233.屏蔽導(dǎo)線使其不噪聲環(huán)境影響將信號(hào)導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽，使其在噪聲環(huán)境中不受噪聲的電磁耦合，是對導(dǎo)線屏蔽的另一個(gè)原因。這種導(dǎo)線屏蔽的原理與上述導(dǎo)線屏蔽不相同。由前可知，兩個(gè)回路之間因電感性耦合而傳播噪聲，其噪聲電壓UN除了和di/dt有關(guān)外，還與互感M有關(guān)，而M是兩個(gè)回路之間的幾何形狀和介質(zhì)磁特性所決定的?，F(xiàn)在是68頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是幾種情況的對比。圖a)是不加屏蔽，回路的包圍面積大，易受外界磁通影響。圖b)是加不接地的屏蔽，不能減小回路的包圍面積，無電磁屏蔽的效果。圖c)是加一端接地的屏蔽，也不能減小回路所包圍的面積。圖d)是將屏蔽體兩端接地，可以減小回路所包圍的面積，有電磁屏蔽作用。當(dāng)然這是有前提的，電流I的頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的截止頻率，否則，大部分返回電流也將從地面回路返回，也不能縮小回路包圍的面積?，F(xiàn)在是69頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

對于導(dǎo)線的屏蔽，一般都因使用方便、價(jià)格較低等原因，大多采用金屬編織網(wǎng)作屏蔽體而不大采用無縫的導(dǎo)體。典型的編織網(wǎng)只能提供60-90%的復(fù)蓋層，所以效果不如無縫的導(dǎo)體。特別是頻率越高，效果就越差，這是由于編織網(wǎng)孔與波長比較，相對地孔變大了的緣故。另外，編織網(wǎng)由于它的電流分布均勻性不如無縫導(dǎo)體，所以編織網(wǎng)一般應(yīng)鍍錫和鍍銀，使網(wǎng)狀編織線之間接觸良好。導(dǎo)線屏蔽要注意屏蔽的完整性，特別是導(dǎo)線終端處理，要使屏蔽完全包圍引出線頭，這可使用金屬電纜接頭或金屬的插頭座?，F(xiàn)在是70頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20234.雙絞線的電磁屏蔽原理及其效果雙絞線也是導(dǎo)線電磁屏蔽的一種形式。它對屏蔽噪聲源導(dǎo)線發(fā)出的磁通以及屏蔽信號(hào)導(dǎo)線使其不受外界磁通干擾，都是有效果的。下圖是雙絞線對作為噪聲源的導(dǎo)線實(shí)施屏蔽的原理圖。當(dāng)雙絞線中有電流流過時(shí)，在各個(gè)導(dǎo)線絞合所組成的面積很小的環(huán)路內(nèi)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁通。而在環(huán)路外，由于環(huán)的兩邊導(dǎo)線流過的電流方向相反，產(chǎn)生的磁通方向相反而大部分被抵消。這種屏蔽方式常用于電子管燈絲、交流電源、指示燈、繼電器等大功率設(shè)備的供電線上，使供電線上發(fā)散的磁通減少到最低限度，減小對其他電路的電磁影響?，F(xiàn)在是71頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是雙絞線作為屏蔽信號(hào)導(dǎo)線，使其免受外界磁通干擾的原理圖。雙絞線在噪聲磁通中，每根導(dǎo)線均被感應(yīng)出噪聲電流，其電流方向如圖所示。這樣，同一根導(dǎo)線在相鄰兩個(gè)環(huán)的兩段上流過的噪聲電流大小相等方向相反，因而被抵消。所以，在總的效果上，導(dǎo)線并沒有感應(yīng)噪聲電流。現(xiàn)在是72頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

雙絞線的屏蔽效果隨每單位長度的絞合數(shù)的增加而提高。雙絞線由于使用十分方便、價(jià)格很低，屏蔽效果也較好，所以，在屏蔽中常用到它。雙絞線如再外加金屬編織網(wǎng)就可克服雙絞線易受靜電感應(yīng)的缺點(diǎn)，使其屏蔽效果更好。下表是幾種不同雙絞線的效果比較。

雙絞線和屏蔽雙絞線非常適用于頻率低于100kHz的屏蔽，有時(shí)也可高達(dá)10MHz，實(shí)際上高于1MHz時(shí)，其損耗已增大。現(xiàn)在是73頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20235、同軸電纜的效用以及屏蔽體的接地同軸電纜是一種特制的用金屬編織網(wǎng)作屏蔽的電纜，在很大的范圍內(nèi)具有均勻不變的低損耗的特性阻抗，可用于從直流到甚高頻乃至超高頻的頻段。當(dāng)高于數(shù)百兆赫時(shí)，同軸電纜的損耗將變得很大;就應(yīng)考慮采用波導(dǎo)。有屏蔽的雙絞線與同軸電纜相比，具有較大的電容，故不適用于高頻或高阻抗回路。導(dǎo)線的屏蔽要十分注意屏蔽體的接地方法。在圖1.48中，當(dāng)頻率低于屏蔽體截止頻率時(shí)，因這時(shí)大部分的返回電流經(jīng)過地面而不是經(jīng)過屏蔽體，因而不能起電磁屏蔽作用。所以，在低頻時(shí)不能采用兩端接地的接法?，F(xiàn)在是74頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20235、同軸電纜的效用以及屏蔽體的接地同軸電纜是一種特制的用金屬編織網(wǎng)作屏蔽的電纜，在很大的范圍內(nèi)具有均勻不變的低損耗的特性阻抗，可用于從直流到甚高頻乃至超高頻的頻段。當(dāng)高于數(shù)百兆赫時(shí)，同軸電纜的損耗將變得很大;就應(yīng)考慮采用波導(dǎo)。有屏蔽的雙絞線與同軸電纜相比，具有較大的電容，故不適用于高頻或高阻抗回路。導(dǎo)線的屏蔽要十分注意屏蔽體的接地方法。在前面講過的兩點(diǎn)接地中，當(dāng)頻率低于屏蔽體截止頻率時(shí)，因這時(shí)大部分的返回電流經(jīng)過地面而不是經(jīng)過屏蔽體，因而不能起電磁屏蔽作用。所以，在低頻時(shí)不能采用兩端接地的接法。現(xiàn)在是75頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023將同軸電纜的屏蔽體在一點(diǎn)接地，可對電容性耦合噪聲有較大的抑制。但如有噪聲電流流過屏蔽體時(shí)，將產(chǎn)生一定的噪聲電壓，其幅度為屏蔽電流和屏蔽體電阻之乘積。因?yàn)檫@時(shí)屏蔽體是信號(hào)回路的一部分，所以這時(shí)噪聲電壓與輸入信號(hào)串聯(lián)。還有一種雙重屏蔽或三軸電纜，其兩層屏蔽體之間相互絕緣，這可以限制由屏蔽電阻產(chǎn)生的噪聲，噪聲電流流經(jīng)外層屏蔽體，信號(hào)電流流經(jīng)內(nèi)層屏蔽體，兩種電流都不流過公共阻抗?？墒侨S電纜價(jià)格較高，使用也不方便。而同軸電纜在高頻時(shí)由于趨膚效應(yīng)，其工作狀態(tài)也近似于三軸電纜，典型的屏蔽在1MHz附近，噪聲電流將只流經(jīng)屏蔽體的外表面，而信號(hào)電流則只流經(jīng)其內(nèi)表面。由于具有這樣的特性，所以同軸電纜在高頻段被廣泛采用?，F(xiàn)在是76頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是低頻時(shí)屏蔽雙絞線及同軸電纜屏蔽體接地方法。它們均采用一端接地，從而避免了因兩端接地產(chǎn)生的接地電位差所造成的流經(jīng)屏蔽體的電流，這種電流將嚴(yán)重影響屏蔽效果。圖I.53是兩端接地與一端接地時(shí)噪聲抑制的對比。現(xiàn)在是77頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023下圖是兩端接地與一端接地時(shí)噪聲抑制的對比。當(dāng)A,B兩端均須要接地時(shí)，則要設(shè)法切斷這個(gè)地環(huán)路?，F(xiàn)在是78頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

在高頻時(shí)，例如當(dāng)頻率高于1MHz或電纜長度超過波長的1/20時(shí)，屏蔽體可以兩端接地，或者每隔1/10波長接地一次的多點(diǎn)接地，以保證屏蔽層上的地電位。有時(shí)可以采取一端接地，另一端接一個(gè)小電容再接地。在低頻時(shí)，因電容有較大的阻抗，可認(rèn)為是一端接地，而在高頻時(shí)，電容阻抗變低，則成為兩端接地。高頻時(shí)的兩端接地是比較實(shí)用的，這時(shí)由于地電位差在電路中引起的噪聲電壓，其主要頻率成分是工頻信號(hào)及其諧波，與高頻信號(hào)相差很遠(yuǎn)，十分容易被濾除。另外當(dāng)頻率高于1MHz時(shí)，趨膚效應(yīng)使噪聲電流在屏蔽體的外表流動(dòng)，信號(hào)電流在屏蔽體的內(nèi)層流動(dòng)，也會(huì)減小噪聲對信號(hào)的藕合。現(xiàn)在是79頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023屏蔽體的接地，在工藝上要給予確實(shí)可靠的保證，接地阻抗要低。若確定了一點(diǎn)接地，則就要采取措施確實(shí)保證。例如，對金屬屏蔽體加絕緣護(hù)套，以免在布線時(shí)與底板接觸形成多點(diǎn)接地，或由于這種接觸形成新的噪聲耦合。另外，屏蔽體要給予很好的固定。屏蔽電纜常用介電常數(shù)較大的聚乙烯作絕緣層，屏蔽體因振動(dòng)與絕緣層摩擦，會(huì)產(chǎn)生靜電而成為另一種干擾?，F(xiàn)在是80頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20236.電容性耦合噪聲與電感性耦合噪聲的比較電感性耦合噪聲和電容性耦合噪聲有時(shí)往往是同時(shí)存在的，兩者很容易相互混淆，如果在處理干擾時(shí)不能分清這兩種噪聲，則就不可能有的放矢地采取有效的措施。下表是區(qū)分這兩種噪聲的大致原則?？梢哉J(rèn)為高電壓回路容易成為電容性耦合的噪聲源，大電流回路容易成為電感性耦合的噪聲源?，F(xiàn)在是81頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023

從噪聲對電路起作用的形態(tài)來區(qū)分，電容性耦合噪聲對于受感應(yīng)的電路是屬于一種共模噪聲的形態(tài)，幾個(gè)噪聲源對電路的感應(yīng)是對地并聯(lián)地疊加，見圖a)。而電感性耦合的噪聲對于電路來講是一種串模噪聲，幾個(gè)噪聲源對電路的感應(yīng)是和電路的信號(hào)源相串聯(lián)地疊加，如圖b)?，F(xiàn)在是82頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/2023五、電磁場耦合噪聲及其抑制方法1.近場和遠(yuǎn)場(感應(yīng)場和輻射場)輻射的電磁場之特性是由源的特性來決定的，源周圍的介質(zhì)以及源與觀察點(diǎn)之間的距離等都能影響場的特性。在源附近的場，其特性主要決定于源的特性;當(dāng)遠(yuǎn)離源的地方，場的性質(zhì)則主要決定于場傳播時(shí)所通過的介質(zhì)。因此，對于電磁場輻射源的周圍，可分成近場和遠(yuǎn)場兩個(gè)范圍，輻射源附近稱近場，距離大于λ/2π的地方稱遠(yuǎn)場(λ為波長)。在近場中，噪聲一般是通過前述的電容性藕合或電感性藕合的方式傳播到電路中。電場E對磁場H的比值常稱為波阻抗。在近場時(shí)它決定于源的特性和從源到觀察點(diǎn)的距離，如源為大電流低電壓的情況，則近場主要為磁場，以電感性耦合的噪聲為主。若源為高電壓小電流，近場主要為電場，以電容性耦合的噪聲為主。當(dāng)頻率低于1MHz時(shí)，電子線路內(nèi)的噪聲耦合大多是由近場所造成的。因?yàn)?，根?jù)λ/2π來計(jì)算近場的范圍很大，在30kHz時(shí)，近場范圍可達(dá)1.6km?，F(xiàn)在是83頁\一共有91頁\編輯于星期四4/8/20232.電磁場耦合的傳播方式及其感應(yīng)噪聲輻射的電磁場在空間的傳播是由于電場和磁場的相互作用。當(dāng)空間有靜電荷Q時(shí)，則產(chǎn)生靜電場，該電荷移動(dòng)時(shí)就形成電流，因電磁作用則同時(shí)產(chǎn)生電場和磁場。例如，在一根長度為L的導(dǎo)線上流過直流電流I，則在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁力線，而沿導(dǎo)線方向產(chǎn)生電力線，這樣就形成了磁場和電場。當(dāng)電流變化時(shí)，導(dǎo)線周圍的磁場和電場也相應(yīng)地改變，這種變化在空間中的傳播就是電磁波，傳播速度等于光速。無線電廣播、通訊設(shè)備和其他高頻設(shè)備的工作，往往輻射功率很大的電磁波。如果在輻射電磁場中放一金屬導(dǎo)體，在導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生正比于電場強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢U