电子系统设计干扰控制技术.doc

1、Great General Technology, INC.电子系统设计：干扰控制技术 引言每个电气工程师和技术人员都希望他所设计的设备的成本比预期的低、进度提前、工作可靠，并且不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电气干扰的存在，常常达不到这些目标。如果不能在有限的时间内解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，浪费了我们投资项目的所有时间、金钱和努力。例如，如果数字系统超过联邦通信委员会（）对传导和辐射发射的限制，我们就不能在美国销售这些系统。大多数欧洲国家也有类似的要求，德国的是最严格的一个。在美国，军用设备必须满足。大多数电气工程课程和书籍不是忽略了电气噪声，就是将

2、讨论局限于热噪声。结果，大多数工程师，在调试他们设计的第一个系统时就卷入噪声问题。这通常带来三个副作用：（）调试需要比预期长得多的时间；（）设计师的信心受到挫伤，（）解决问题需要的干扰掏器件使制造成本提高。在我工作的早期，我发现了一个较好的办法：从开始就将干扰抑制措施设计进产品。这是一个包含四个步骤的过程：（）理解干扰问题的类型，（）设计电路时使这些问题减小到最小，（）设计线路板、电缆的结构尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件。（）将系统分成模块调试，确认每个子系统组装正确、工作正常，在进行进一步组装前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，我经常提前完成任务，成本也较低，自我感觉良

3、好。这本书包含了我作为实践电气工程师工作了成取得了广泛（有些是代价昂贵的）的经验，通过与合作者的讨论，和三年对电气干扰控制方法的研究成果。第章到第章概括了干扰的产生、接收的耦合途径。第章到第章概括了减小干扰问题的技术。第章到第章的概括减小干扰的物理设计技术。第章概括了干扰问题的发现、确认和定位技术。附录中包含了电气干扰问题分析的详细资料和设计选择。作为本书研究的一部分，我在全国个大技术图书馆搜集了资料，总共研读了公斤以上的书籍、杂志、和会议录。在这些材料中，我发现了有关干扰控制的本书籍，篇技术报告，和篇杂志上发表的文章和论文。其中，最有价值的七个资料资源是：Henry W. Ott 的 Noi

4、se Reduvtion Techni- ques in Elecronic Systems,p，这本书全面概括了避免电气干扰问题的设计技术，是我发现的最好的参考书。William R. Blood的 MECL system Design Handbook,这本书对高速系统的设计作了详细论述。 enneth Keenan的 Digital Design for Interfe- rence Specifications,这本书论述了数字系统中的干扰控制技术。Donald R. J.Whit- er Handbook Series on Electromagnetic Interference

5、and Compatibility,Volum3,这本书论述了在系统中确定干扰问题的技术。iltron公司的技术报告：Inter ference Reduction Guide for Design Engineers Volum1,提供了射频干扰控制设计的丰富数据，包括设计数据的图和表。这个领域内两本很好的杂志是 Technology 和 ransactions on Electromagnetic Compatibility。 无源器件许多电气教科书中假设电阻、电容和电感是线性的，其阻抗为： 对于电阻jfC 对于电容jf 对于电感式中：f的单位是赫兹（图），、是矢量。然而，在实际中,所有的

6、器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在高频时起着主要作用。 图理想器件的阻抗特性图是实际电阻的集总阻抗模型。是期望的电阻值，s是寄生串联电感，单位是亨利，p是寄生并联电容，单位是法拉第，由于电阻引线和内部结构产生的。在频率f处，电阻的阻抗是：图实际电阻的集总阻抗模型图是实际电阻的典型的阻抗频率曲线。注意两个明显的特性：高阻值电阻起始值较大，但随后下降，而低阻值的电阻起始虽小，但随后升高，然后下降。如果试验各种不同的、s、p，我们发现（sp）是在阻抗曲线中不会产生尖峰的最低阻抗值。因此将：c（sp）定义为电阻的临界值。如果电阻的阻值大于c，其阻抗约为：fp

7、 赫兹时 图实际电阻的阻抗fp 赫兹时 fp如果电阻的阻值c,则s和Cp会在fc=1/2(Ls/Cp)1/2赫兹处谐振。这时电阻的阻抗大约为：f1/2Ls赫兹时Lsffc/3赫兹时fLs当f=fc时，阻值增加为：当ffc时，阻值降低为： fp表是常用电阻的寄生电感、寄生电容和谐振频率的范围。通常，为了避免较大的阻抗偏移，我们希望电阻的谐振频率远高于电路的工作频率。表常用电阻寄生电感寄生电容和谐振频率的范围 电阻类型Ls(nH)Cp(pF)fc(MHz)金属碳复合碳膜金属膜表面安装绕线绕线（无感）1053015700157000.23472500026000.11.00.11.50.10.80.

8、10.80.010.082140.15500300075020003001500300150050040008200901500图是实际电容的集总阻抗模型。是希望的容值，单位是法拉第s是寄生电感，单位是亨利。s是串联电阻，单位是欧姆。p是漏电阻，单位是欧姆。所有这些参数都是电容引线和内部结构产生的。在频率f处，电容的阻抗为： 图2-4 实际电容的集总阻抗模型 图是实际电容器的阻抗频率曲线典型值。如果电容的串联电阻大，阻抗在谐振点fc=1/2CLs1/2附近平坦。如果电容的串联电阻小，在谐振点阻抗曲线尖锐。如果仔细研究电容阻抗的方程式，就会发现当s.41(Ls/C)1/2欧姆时，电容特性（ffc

9、)之间的过渡最短，并且最平坦。所以将： c.41(Ls/Cp)1/2定义为电容的临界串联电阻。如果电容的串联电阻大于c，则它的阻抗大约为：当fRs/2Ls时，fLs如果sc，与s会在fc附近谐振，这时的阻抗为：当f3fc Hz时，fLc表给出了常用电容的串联电感、串联电阻、漏电阻和自谐振频率的范围。我们通常希望电容的自谐振频率远高于电路的工作频率。这将是大容值电容的一个问题。一种解决方法是一只小容值电容与大容值电容并联起来。这个技术也能补偿电解电容老化后串联电阻的增加，因此保持电路良好的旁路特性。为了滤除频率很高的干扰，可能要用穿心电容，并且安装在屏蔽体上提供输入、输出端的隔离。模拟电路设计大

10、多数模拟电路应用低电平信号而往往成为噪声的受害者。模拟电路应当在最小增益和带宽的要求下,设计成线性工作状态。通过采用差分信号、保持输出阻抗低于、负载阻抗大于后,拾取的噪声能被减小。高增益放大器在至频率范围内趋于振荡,所以反馈环路应当设计成能在最差情况下防止这些振荡的发生。如果高电平噪声进入模拟电路，将使偏置发生变化，并导致放大器灵敏度下降甚至过载。模拟电路要求有效的旁路和去耦，防止通过电源线拾取噪声。图给出运算放大器的推荐旁路电路。每个运放的和应各有一个至钽电解旁路电容器。每个运算放大器还应采用陶瓷电容器将它的和插针与输出信号回线连接起来。这些旁路电容应当是.或至少为负载电容的倍，两者取较大的

11、一个。旁路不足常引起振振荡或“卜卜”声。（注意：如果在电路上并联大的和小的旁路电容，可在大电容上串连一个电阻，以减小高频振铃）。图推荐的运放旁路电路图给出推荐的多级放大器的去耦电容器。和有助于抑制耦合进第一级的电源线噪声。为了减小进入输入级的电源线噪声和发生振荡的可能性，电源输入端应尽可能靠近输出级。多级放大器的理想布局为一直线，使输入级和输出级尽可能远离。图推荐的多级放大器去耦电容如果运算放大器直接驱动电抗性负载（图中的和），则几乎肯定会振荡。在运放的输出线上串联一个小阻尼电阻（图（a），（）欧姆或的氧体磁珠，就能抑制这些振荡。图运算放大器驱动电抗性负载如果运放驱动容性负载，也会发生振荡。图

12、介绍倒相放大器抑制振荡的两种方法。和用来调节放大器的增益。（）（）为任选，但它有助于平衡两运放的输入偏置电流，而且如果接近，有助于抵消输入电路中感应的任何热温差电压。在图（a）中，增加（）pF，可在几乎所有负载条件下保持放大器稳定。在图（b）中，增加了一个远大于运放输出电阻的电阻器和（）,使得在所有负载条件下，放大器都稳定工作。图倒相放大器驱动电容性负载图介绍了非倒相放大器避免振荡的四种方法。在图（a）中，和延迟输入信号，所以运放能向充电而不饱和。在图（b）中，和减小运放的高频增益而不影响其直流增益。如图（c）中，和p（这里p是结点上的杂散电容）使运放成为无条件稳定的积分器。在图（d）中，增加

13、p（），得到一个与反馈环路中的电阻性分压器（和）相并联的容性分压器。检验放大器稳定性的好办法是在放大器输入端接一脉冲发生器，并调整它，使得在放大器输出端按m步进（常规负载端接）。如果输出端的过冲低于，则电路是稳定的。图不倒相放大器驱动电容性负载有些模拟电路的输入端用开关与不同信号源相连，如留声机、收音机以及家用立体声盒带录音机等。交流耦合输入端应用牵引电阻（图（a）中的和）,以提供输入电容放电通路并防止“喀呖”声、“卜卜”声和其它瞬态现象。场效应管开关通过栅极至漏极的杂散电容能将激励信号耦合进模拟输入端。这个噪声可通过减小栅极信号的漂移或在栅极电路上增加一个滤波器使栅极信号展宽而被抑制。如果信

14、号必须非常快速地转换，一个带有匹配的场效应管开关电路和匹配输入端的差分放大器（图（c）中，）将抵消电荷转移。图开关模拟信号年，我设计了一台新型喷墨式打印机的功能测试仪。这台测试仪能监控至的约种模拟信号，其模拟输入电路板额定电压。为了保护昂贵的模拟电路板，我决定用廉价的运放阻尼所有模拟信号。图介绍了我以前设计的非倒相放大器（用于信号低于）和倒相放大器（用于信号超过）。按照初始结构设计，我预期输出电缆约两米长。图有条件稳定放大器.接口电路设计：电子系统和“实际世界”之间的接口，要特别注意许多噪声源。输入输出装置通常独立的单元，通过长的电缆与主系统连接。许多输入输出装置包括螺旋管线圈、开关、继电器和

15、电机，在高电平工作时，产生大电压和电流尖峰。为了减小这些噪声问题，在设计慢的、低电压和电流工作的接口电路时，使用抑制电弧和尖峰的电路，尽可能使大功率电路简单。非线性的连接可以滤去高频噪声，把其送到低频电路中去，这种效应称为“音频检波”。商用机可以有m电场，军用设备为m电场，于是未屏蔽长电缆能容易地拾取之多的共模噪声。在这个电平上，不仅晶体管和集成电路中结，甚至冷焊接头和已腐蚀的连接，可以起到检波作用。通过更换导线来产三少噪声的拾取，或者增加低通滤波器来保护敏感的连接（图），可以降低音频检波。图减少音频检波输出电路必须设计成能承受由负载引起的大的起动电流。例如，白炽灯在开启时，可以是工作时倍的电

16、流，变压器是倍，电机是倍，继电器是倍。这些大的起动电流产生大量噪声，可以熔化触点或毁坏半导体。可控硅整流器（）和三端双向可控硅开关产生大量噪声，因为在开起时驱动重负载。通过将其在电源电压零交叉时起动，可以减少噪声。在的阳极，或者三端双向可控硅开关上尖峰电压可以通过寄生电容耦合到栅极，使器件突然开启。缓冲器（图）可以吸收这些尖峰脉冲（以下简称尖峰），来防止突然开启。按经验法则，缓冲器中电阻器等于最小负载电阻。对于中小电流的或三端双向可控硅开关，驱动负载的电感为（），则和（）。如果负载电阻小于，图（d）中和可省去。双极型晶体管和场效应晶体管（）可以产生振荡，由于基极和栅极的寄生电容。这种现象特别普

17、遍，当高频晶体管（单位增益频率ft）工作时低于.ft时。我们能够防止双极晶体管振荡，是在基极一发射极上加电容器（图中和）。对于，在栅极串联电阻器（图中和）有同样的结果。另一个有效技术，即不改变原电路图，在晶体管基极栅极上穿磁珠（图中），以降低高频增益，不影响低频特性。图防止和三端双向可控硅开关开启图 防止晶体管高频振荡 晶体管和快速开关可引起大量辐射噪音。集电极到发射极（漏极到源极）的0.47电容器，将使这些快速沿变慢，减少辐射噪声。较好的解决办法是将驱动器紧挨负载，为了减小承担瞬变大电流的导线的环路面积和长度。抑制电弧电路减小噪声，这噪声是开关的开关、继电器触点的开启和闭合，特别是驱动电感负

18、载产生的。在触点间加上超过电压时，产生辉光放电。电弧发生在：（）触点上电压变化大于s；（）电压超过负电触点的额定值arc；（）负载电流超过任一触点的额定电流Iarc。表列出了触点普通材料的arc和arc。高arc额定值的触点希望比低arc额定值的触点，产生更低的电磁干扰（），因为灭弧。（注意：已由于飞弧损坏的触点，可以是所列值十分之一的最小飞弧电流）。表触点普通材料最低起弧条件触点材料Varc(V)Iarc(A)碳铜金铁钼镍钯铂铑银钨图表示为开关和继电器的抑制起弧电路。阻性负载，小于Iarc时，不必加电弧抑制器。图（a）、（b）、（c）和（d）表示感性负载（小于（Iarc）的电弧抑制器。图（e

19、）和（f）表示负载电流大于arc的电弧抑制器。假定峰值电源电压为s（），峰值负载电流I（），负载电感为（）和负载电阻（），推荐值为：工作电压为s（）时，、 和（）和（）（）；和（）；、和为额定的s反峰电和工作连续电流；arc（）（）；和（）；（）和s/arc（）；所有这些抑制元件都应紧挨触点，所有导线应尽可能能短。图（b）表示湿式汞开关和继电器的最佳电弧抑制器。和的推荐值是：最佳电弧抑制器。和的推荐值是：（），最小为；s/10I1+(50/Vs)图开关和继电器抑制起弧的电路电源设计：开关电源是以下传导和辐射噪声的主要来源。当小输出电流工作时，线性电源会产生“汽船声”即（产生低频锯齿波），而当用

20、长线驱动较差的旁路负载时，还可能振荡。另一个问题是，当输入输出端隔离较差时，会使电流线噪声进入产品，并使产品噪声增加。这些问题可以通过适当选择元器件、仔细布线、旁路良好、滤波以及屏蔽等方法加以解决。图给出线性电源原理图。变压器升高或降低线路电压，并提供初次级隔离，、和对次级电压整流并对滤波电容器充电，ref为的偏置电压，用来稳定输出电压out=Vref-Vbe(Q1)，图表示电源的高频模型由至out，以及由至out，此电源有p串联电容和p关联电容，所以大约的电源线噪声将到达产品中，而且反之亦然。 图8-1 线性电源原理图 图基本线性电源的高频模型 在大多数交流电源线上，高频噪声是极普遍的。大约

21、平均每数分钟可观察到一次尖峰，每天可观察到一次尖峰，每年一次尖峰，在雷电高发区，室内平均每天能观察到尖峰约两次，每年能观察到尖峰的一次。办公室和车间附近有电动机时将产生至尖峰，将有更多噪声。雷电可以将至尖峰置于室外电源线上，而将至尖峰置于室内电源线上（限于墙上电源插孔的电弧过电压）。作为一般规则，电源应当能经受尖峰噪声而不被损坏，而高可靠性电源则应安全经受尖峰噪声。汽车引起的环境电磁干扰也很严重，发动机由满载突然下降，能产生尖峰。电感性负载的开与关能产生尖峰。成束导线中，导线之间的耦合能产生尖峰，而点火装置突然熄火，将产生尖峰。通常条件下，都伴随有.噪声，而点火系统伴随有.。电子设备防护电源线

22、尖峰干扰的一种方法是采用浪涌吸收器，例如，我的家用计算机、打印机、彩色监视器，以及绘图仪都插入六插口“电源浪涌吸收器”。我的系统将和未加防护器时一样正常的工作，但我喜欢所提供的附加防护。这个特殊的单元包含金属氧化物压敏电阻器，它是一种非线性电阻器。浪涌吸收器的其它类型有，碳化硅压敏电阻器、齐纳二级管、气体放电管等。表列出了这些器件的主要性质。表浪涌吸收器的尖峰抑制特性器件类型击穿电压非线性a额定电流（）电容量响应时间气体放电管压敏电阻器碳化硅可变电阻urgector/Thy ZorbTranszorb齐纳二极管70-40，0006-47009-10005-6006-5001-700-15-30

23、2-7-3530-1001000-10，00010-70，0001-10005-35002-20001-5000.5-1010-33,00030-400090-20010-90,0002-60,00050-50001-50300-10，00010-10，0001-101-25*I=KVa（A）电源中的整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电流尖峰。采用软恢复整流器或高额定电压和电流整流器。其它可以采用的方法有，限制通过整流器的电流（图(a)），降低整流器电流变化的速率（图(b)）及（c）,或用高质量旁路电容器吸收尖峰（图（d）和（e）。肖特基二级管整流器则需采用缓冲器，防止整流器截止时出现振铃（

24、图(f)）。图(a)、(b)、(c)和（e）中的尖峰掏器也能抑制外部噪声，或将外部噪声旁路至地，增加电源的输入输出隔离，并降低产品对噪声的敏感度。（注：开关电源中的二级管必须比开关三级管截止得更快，或电源能自行抑制其自身产生的噪声尖峰。）图减小整流器的通断瞬态效应图在原边抑制噪声让我们看看，应如何验证图中电源存在的噪声。我们最大的问题是电源噪声，因为它能损伤产品。图（a）为典型的民用电源线滤波器。和抑制高频噪声，和旁路高频差模噪声，而和旁路高频共模噪声。典型值是.m，.，而.m。我们还需要一个阻值为.（）的泄放电阻，为和放电。（注：滤波器的谐振频率必须低于开关频率。）有时我们只需要进行少量的滤

25、波，图（b）的电路就足以工作。是低质或塑料电容器，和是标准.瓷片电容器。和是碳膜电阻器。这个电路可以安装在接线板或印制板上，但应使电容器引线尽可能短。在电源线滤波器中采用的所有元件应当能经受住滤波器额定交流电压的两倍和额定交流电流的两倍。对于线性电源，滤波器的截止频率应当至少是最高交流输入频率的.倍。我们也可以将电源变压器屏蔽起来。常规的变压器有至p匝间电容。法拉第屏蔽变压器的屏蔽壳于直流地之间（图（a）有.0p匝间电容。对于双侧屏蔽变压器，其初级屏蔽应当接大地，而次级屏蔽应接至直流地。法拉弟屏蔽变压器将使噪声问题确定，为此可使用中心抽头隔离变压器，如图（b）所示。如果只需要少许减少匝间电容，

26、也可试用分裂式变压器和环形变压器。图噪声抑制线性电源的高频模型现在让我们看看，我们能在电源次级做些什么（图）。我们可以将铁氧体磁珠套在变压器引线上，抑制噪声尖峰，减缓充电电流脉冲，并减少整流截止尖峰。我们可以用压敏电阻将高压尖峰箝位，用小电容和将高频噪声旁路至地。要减小电源输出的噪声，可附加馈通电容器和铁氧体磁珠。（注：和对低阻抗负载很有效）图为全部噪声抑制的电源的高频模型。、和可以阻挡电源线至产品的高频噪声。将高压尖峰箝位，而、和将高频噪声旁路。非常小的噪声将通过电源电路，但必须使交流线路远离直流线路，使输入和输出保持隔离。由于开关晶体管和散热器之间的电容性耦合，开关电源可能发射过量的噪声。

27、将在云母绝缘片上的晶体管有至p寄生电容。在晶体管和散热器之间设置屏蔽，并将屏蔽接至直流地，可将此电容减小至p。一种称为“il-Pad屏蔽“的专用绝缘材料就是为此目的设计的。可以对高频和低频电路分别使用电源。同样，如果产品具有高压和低压电路，为了隔离低压电路应当采用自己的电源或采用调压器。如果电源不带遥控，电源端口之一应当接至机壳地。如果带遥控的电源用来驱动单一的负载，负载端口之一应接至机壳地。如果带遥控的电源驱动多个负载，应将敏感点之一接至机壳地。年我研制了一台电源测试仪，并发现电源的输出在.和.之间变化。用示波器观察输出，我看到一个锯齿波，在ms内降至.1，然后在内跳于.。这种现象可说明如下

28、：（）输出电压太高，所以导通的晶体管被截止；（）输出电压逐渐降至.，晶体管开始导通；（）输出端立刻向输出电容充电，超过一定电压后，导通晶体管再次被截止。当我询问设计者时，他告诉我，输出是为m和最小负载设计的。所以我加了一个电容器和电阻在测试仪上。至今该测试仪已良好地测试了，台电源，没有发现其它干扰问题。、分隔分隔就是电子系统中决定什么应当去何处的处理。我们能够通过控制共阻抗耦合、电感性耦合、电容性耦合和天线效应，将产生噪声的电路和敏感电路分隔开来，使噪声和干扰问题最小。无们应当（）使小功率（敏感）电路紧紧靠近信号源，（）使大功率（产生噪声）电路紧紧靠近负载，（）尽可能分开小功率电路和大功率电路

29、，（）使导线尽可能短，（）使电流环路尽可能小。我们从将电路划分为五类开始：（）灵敏的高阻抗电路（.，属于电容耦合），（）灵敏的低阻抗电路（.，属于电感性耦合），（）中等灵敏中等功率电路，（）高压电路，以及（）大电流电路。模拟电路通常属于前两类。我们能安全地将同一类中的电路进行组合，但必须使高阻抗电路远离高压电路，使低阻抗电路远离大电流电路。通常，汉我们必须连接不同尖的电路时，互连信号应当具有中等灵敏度和中等功率。.接地每个接地系统都是矛盾要求的折衷。接地系统必须：为信号组成电压基准网络（典型情况下，模拟电路为mv数字电路为m）承载信号回流，承载功率回流，为天线形成基准面，保持天线附近的高频电位

30、，保护人和设备不受雷电伤害，保护人和设备不受电源线路故障的伤害，并泄放静电。接地系统必须仔细设计的满足所有这些要求，同时使引起噪声问题的信号之间的无用耦合最小。.tt定义接地为“一个低阻抗路径，用来将电流返回到源。”按照这个定义可以看到，在接地系统中，任何一个电流都将引起电位差。如果要使设备正常工作，必须使这些电位差比信号小得多。所以我们设计接地系统的目标是：（）使接地阻抗尽可能低，（）控制源和负载间的电流。我们的第一个问题是：“这个系统有多大？”如果我们将频率为f（z），波长为2.998f（m）的信号加至（(m)长的一段导体上，我们将预期直到欧姆阻抗。但由于驻波，等效阻抗将增加tg(2)，所

31、以我们实际看到的是tg(2)欧姆阻抗。如果两点相距、（m），该导体如同开路。因此，要使电位差低，就必须限制接地系统的尺寸。对于军用设备、发射机、接收机和其它敏感系统，接地点之间的最大距离应当0.05，这里，是用于该系统最高频率信号的波长。这将接地阻抗限制为正常值的。大多数民用系统接地点之间的间隔取0.1，接地阻抗限制为正常值的。非敏感系统可取.，接地阻抗上至正常。我们能隔离信号回线，直流电源回线和交流电源回线，这可以用三种独立的接地网络（图）连接到唯一的一点来构成接地系统。这种方法还可以避免接错。例如，信号地在直流至必须具有低阻抗，而不载更大的电流。电流电源地要求由直流至为低阻抗，但必须承载较

32、大的电流，同时，交流电源机壳地在范围要求为低阻抗，并可承载几百安培电流（典型的要求是m电阻和电感，要求使用铜线或铝线）。图标准接地符号单点接地次级直流电源地 初级直流电源地大地 机壳地信号地屏蔽地 图为用于极灵敏电路的浮地系统。这个装置要求电路和机壳全隔离高电阻和低电容是较难实现的。该电路必须用太阳能电池或电池供电，而且信号必须通过变压器或隔离器进入或离开系统。为防止静电积累，设计者在信号地和机壳地之间设置了一个高阻值泄放电阻。图浮地系统图表示一个纯单点接地系统。每个电路和每个屏蔽壳体都单独接至单点接地点。每个框架都与机壳有一个搭接点。这个装置将消除共阻抗耦合和低频接地环路。单点接地系统可在上

33、至时工作得很好，而且能在小系统（最大尺寸小于0.05）。但敏感模拟电路仍能拾取电感和电容耦合噪声，而不论接地线数目是多少。尽管如此，大多数军用和空间应用都要求采用单点接地系统。图单点接地系统图表示一种改进的单点接地系统。具有相同噪声特性的电路连接在一起，敏感的电路离单点地最近。这种装置减少了所需地线的总数，但共阻抗耦合略有增加。当电路板上有分开的模拟地和数字地时，应当将二样管背靠背互连（图的和）以防止电路板上的静电积累。图10-4 改进的单点接地系统图表示多点接地系统。电路和机壳在许多点搭接（.，使驻波最小，这类接地系统通常用于具有相同噪声特性的高频电路（f）。这种系统要求仔细维护。因为可能产

34、生许多接地环路，而且不应用于敏感电路。图10-5 多点接地系统图表示由浮地、单点接地和多点接地系统组合而成的混合接地系统（一种很常见的安排）。在图（b）中，一个约m的电感器用来泄放静电，同时将高频电路与机壳地隔离。在图（c）中，电容器沿着电缆每.长度安放，可防止高频驻波并避免低频接地环路。当采用后两种安排时，必须小心避免接地系统中分布电容和电感引起的谐振现象。图10-6 混合接地系统搭接搭接是导体间稳定的连接，就电流路径来说，其电阻可以忽略。好的搭接其电阻为0.5m和电感为n，而对射频电流来说，频率直至时，搭接电阻为m。最好的搭接是直接的、永久的和相同金属金属的接触，是通过钎焊、铜焊、银焊等焊

35、接的办法使其搭接起来，焊缝的长度要大于导体的重叠部分。雷电保护接地系统至少采用号铜线或号铝线，且搭接截面积mm。（注：软焊搭接不允许用于雷电保护系统）金属金属间直接压制搭接是第二个最好方法。导体搭接面的制作是：、用铁刷子、钢丝棉或研磨料（金刚砂纸）打磨清洁搭接面，但要清洁比搭接面大；、擦去碎屑；、用溶剂清洁表面；、用干净棉布擦干表面。经处理后，搭接表面应是清洁和光亮的。清洁的表面应在小时内，用螺栓、铆钉或机械螺丝，将导体搭接在一起，搭接压力达至a（对软金属要低压力，即每平方英寸至磅）。螺栓的花兰垫圈或弹簧垫圈要保持紧配合。截面积大于mm的搭接，其搭接电阻应0.1m。表列出了最大额定电流和机械螺

36、丝和螺栓使搭接夹紧力矩。表金属金属直接搭接的最大电流容量和夹紧力矩螺栓尺寸最大电流（A）夹紧力矩（N-m）1根导线2根导线M30.5#5-40#6-32M40.7#8-32#10-32M50.8#12-32M611/4-20M715/16-18M813/8-16M101.251011121922323646535683100120170210789141522253337405870841191470.560.340.781.051.11.51.42.01.82.52.63.62.73.83.44.85.07.06.69.53.4111218101522322131第三个最好方法是在金属表面上

37、涂导电涂料加压形成。这种搭接的电阻典型值是几个毫欧，但是在时，超过。可以用镉、锡或银镀在金属上，或用Alodine#1000,Dow#1,Dow#15,Iridite#14,Iridite#18P或Oakite#36涂在金属上。导电胶可以用于屏蔽室缝隙密封和另外的地方，如可能有一点要移动的地方。掺有碳的环氧树脂，其电阻率为0.1m，掺有银和金的环氧树脂，其电阻率为至nm、掺入（按重量计）时粘着力和电阻率最佳。这些搭接压力大约为a。为了使搭接可拆卸或用作减震的组件，用金属搭接条、编织条或导线。搭接条或跨接条既在方便检修，又要防止偶然损坏（同时还要满足空间要求）。搭接条应短而宽，长度比为以下，优先

38、为，使接地阻抗最小。接地搭接条决不能串联连结。铜搭接条厚度应小于等于0.1mm，宽应大于等于0.2mm，而铝搭接条厚度应小于等于0.2mm。编织搭接条比实心搭接条柔软，但容易腐蚀和磨损（且高频时，断的编织丝象天线）。接地线至少得用，且带压扁的端头。“快装”端头对经常不连接的导线是合适的。花兰型衬垫能除去表面的碎屑，帮助形成接触。搭接条或跨接条的谐振频率应至少是最高频率的倍。不要使用自攻螺丝、螺丝、螺母、轴承、铰链或滑动片。因为它们接触不可靠，地电流能引起严重的腐蚀。粗糙或不平的表面，或接触面处对来说必须是密封的，可以加导电衬垫，必须将其压紧衬垫或粘到一面上，还必须避免损坏。通常，对粗糙表面用窄

39、的法兰，对平滑表面用宽的法兰。搭接加工后在一个星期内，施加保护层（漆、硅橡胶、油脂），以阻止水汽和气体，同时可防腐蚀。保护层加于搭接的两端，或者只加于阴极处。当两种不同金属接触时，保护层加在阳极处多于阴极处。如果两种金属不同或不是邻近组别的，在搭接处加跨接线、垫圈、螺栓或卡箍，以保护结构。大多数的接地条、搭接片和导线由铝、镀锡铜或铜制造，这就要求特别注意，使腐蚀最小。印制电路板设计在把系统划分成几个部件和设计接地系统之后，我们必须设计每个部件。要决定如何安装元件、如何耗散元件产生的热、如何与地、电源和其它元件相连。在许多情况下，把每件元件安装在电路板上，要在底板或散热器上安装重、大或大功率的元

40、件。一个简单的部件装在一块印制电路板上，而一个复杂的部件安装于多块印制电路板上，与后面板或“母板”用插头连接。三种最常用的电路板是绕焊电路板、印制电路板和多层印制电路板。绕焊电路板通常用于样机或有限产品项目，因为容易设计和修改，但难以用于大批量生产，且占的空间大。印制电路板用于批量生产项目、高速系统和空间小的系统。印制电路板是容易装配、紧凑和有好的高频特性。主要缺点是设计花时间，且不易更改设计。多层印制电路板用于小批量产品，占空间更小和好的高频特性，但不可避免的花时间和增加设计成本。设计印制电路板通常有八个步骤。、决定电路板的大小、形状和连接器位置；、决定把电路放在何处；、决定电路板的电源接地

41、方案；、决定把元件放何处；、设计电源和接地的走线；、设计时钟线的走线；、设计信号线走向；、修改设计。实际设计要求决定印制电路板的大小、形状和连接器的位置。如要你已经选择好了，要用方的印制电路板，不要长的或狭长的形状，因为方的容易设计和制作，印制线应尽可能短。画出印制电路板的草图，标出反面的印制电路板导向件、安装的硬件、连接器和其它占固定位置的元件。第二步决定电路的布置位置。在草图中，输入输出电路应邻近连接器，敏感电路应与噪声电路隔离，如图所示。高速逻辑电路（时间、总线接口逻辑电路）应邻近主连接器，接口电路应邻近接口连接器，模拟电路应与数字电路隔离。大的阵列分成两半，中间安装驱动器。还要决定集成

42、电路和其它元件的排列取向。对于双面印制电路板，集成电路应与连接器平行（图（a）和（b）。对多层印制电路板，集成电路应平行于电路板的长轴方向。图12-1 数字电路印制电路板：（a）处理器板，（b）接口板，（c）RAM板图12-2 优选的集成电路走向：（a）双面板，（b）双面板，(c)多层板，（d）多层板第三步是确定电源和接地的安排。有四点：（）正确安排电源和地面；（）使用共面线：（）用扁平母线：（）用地平面（图）。共面线用在绕焊电路板和双面电路板（图）。片状总线能使cc地的噪声减小，但要求特殊母线。这些母线应平行于或在集成电路之下，对于0.15的电路阻抗来说，应承载2.5电流，其分布电容为0.0

43、01m，分布电感为nH/m。为了减小地噪声，电路板还必须有大的地线，且垂直于母线。图12-3 电源/地线：（a）共面线，（b）扁平线，（c）地平面图12-4 双面板上电源/地线：（a）fc=5.6MHz,Ls=81nH;(b)fc=10.4MHz,Ls=23nH;(c)fc=14.0MHz,Ls=13nH;(d)fc=14.5MHz,Ls=12nH电缆和接口板、承担功率、接地和数据线，在分系统的组件之间，在分系统之间，在系统之间传输。这些信号的电压可能在几毫伏到几千伏之间，电流可以从几毫安到几百安，频率可以从直流到几吉赫，但是这些接线被认为是传送了所有的信号，不能有任何影响。为此，这些连线应认

44、真设计，装配和安装。我们首先根据它们的电压、电流和频率区分信号。为减少在壹根电缆上的线干扰。最弱的信号应至少是最强信号电压的或电流的。通常把电缆分成六组：、电源，回路，机壳地，干扰音频的信号和它们的回路；、电源，回路，参考，敏感的音频信号和它们的回路；、数字信号和它们的回路；、干扰信号和它们的回路；、敏感信号和它们的回路；、天线信号。敏感的电子系统需要干净的电源，常规分支电路。如果它直截连到主配电盘，并且只对敏感系统提供配电，通常正常工作。接错线的电源引线能产生一系列问题，如图所示。电流流过机壳地和内部连接电缆，因为中线和地线在两个引出线上调换了位置，高电流肯定产生噪声问题，并能烧坏信号电缆。

45、机壳地和信号可能在线中产生信频干扰。所以通常，绞合火线和零线。对信频干扰敏感的信号线及回路线可以同电源线和回路线捆扎在一起。不要用回路，当机壳地或信号回路。绞合电源线和它们的回路线，对于多级放大，引入电源在输出段，屏蔽电源到噪声电路电源电缆，把电缆的两头和中间每隔的距离，捆扎到机壳上。在一根电缆中最弱信号的电压和电流强度不应低于最强信号强度的。如果可能，把电缆分成摸拟信号电缆、数字信号电缆、射频信号电缆、天线信号电缆和高功率信号电缆。 图13-1 产生大地环路的错误布线如果你必需把所有信号线混装在同一根电缆中，那么每根信号线都要带有自己的信号回路线，并且使用特殊的地线隔离，噪声信号和敏感信号。

46、每个信号回路线最多可提供给个信号线，一个信号回路地对一个信号工作最好，对于双层面板或信号电缆，最好的信号一地排列如下：信号地信号地地信号地信号地信号信号地对于单排列电缆最好的信号地排列如下：信号地信号地信号地在信号源和负载端端接每一个信号回线，给交换和控制用的信号线提供地线。不要连接他们到机壳地上！如果一根信号电缆有多余的线，扎给它们中的一半接地在电缆的一端，其它一半在另一端接地。确实必要才使用时钟信号，要保持时钟信号和它的回呼线十分紧密地靠在一起。一个0.001m的时钟环路容易超过辐射长射限值。保证隔离的信号线不长于0.15m长，靠近地板的信号线不长于0.5m长。信号线通常有0.8mH/m，

47、电感和电阻。使用粗线，符合电常数绝缘体。可以减少交调干扰，减小连接器中，靠近其它电缆和靠近电磁装置的环面积（这个面由源、信号线、负载和回路组成）。如果远离金属和磁场，平面的电缆和带状传输线可以好到。有接地板电缆提供比没有接地板的电缆更好的屏蔽和更好的阻抗控制。如果可能，对信号线和回路线配对。当信号和信号回线配对时，绞合的配对电缆，在之前可以降低感应耦合和使阻抗不变。在以上由于电缆长度、绞合弦长（一半绞合长度）应小于到噪声源敏感电缆器件距离的，小于，是电缆中最大频率信号的波长。电缆带有超过对绞合线每米。（许多对绞合线每米）应避免，驻波问题从。所以一些双绞线电缆有相邻相对方向的双绞线，以减小交调干

48、扰，在很多情况下，最大的环面积出现在连接器上，连接器通过传导，接地外壳，可以非常好的减小来自环路的辐射和噪声拾取。子芯电缆（标明云母分隔的磁屏蔽）有线纺织在一起形式非常紧凑，产生的环路很小，电缆减小辐射通过等效双绞线电缆可以到因数，噪声可以到因数。同轴电缆可以提供到以上，很好地噪声抑制。对于减小低频高电压噪声，把屏蔽层接地接地桩上。对于减小高频高电压噪声，把接地桩和电缆的每0.2接地。另外使用屏蔽层屏蔽信号回路。超过屏蔽电流等于信号电流，将电感耦合减至最小。超过同轴电缆象三维电缆。信号回路电流流过屏蔽层的内层，噪声电流流过外层。同轴电缆避免使用螺旋缠绕屏蔽，电缆的屏蔽层用肉眼看其密度要在以上。如果可能屏蔽层接应固定。在以下你可以使用梳辫子（或软导线），但要保证其长度小于mm，保证其暴露的内导体尽量短（mm）。同轴电缆驱动和接收应设计成额定阻抗。三维电缆应使用内部屏蔽用作信号回路和外屏蔽接地在驱动端，在接收端，在每0.2长。屏蔽双绞对线电缆提供最好的防护对于电场和磁场，信号和信号回路电流在内导体流过，同时噪声电流在屏蔽层流过。使用双屏蔽双信绞线可在高频场中输送音频信号。外屏蔽层在其端点和每0.2接地，内屏蔽层在信号源接地。许多电缆当弯曲的时候会产生静电噪声，如查在这种问题可以把电缆卡在固定的位置，或者使用那种在绝缘体中具有半导体敷设装置的电缆。高导磁性钢