干扰控制技术1

1、干扰控制技术 （1）电子系统设计：干扰控制技术 （1）1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（FCC ）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VDE 0 8 7 1是最严格的一个。在美国，军用设备必须满足MILSTD-461o 大多数电

2、气工程课程和书籍不是忽略了电气噪声，就是将讨论局限于热噪 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：（1）调试需要比预期长得多的时间；（2）设计师的信心受到挫伤，（3）解决问题需要的干扰掏器件使制造成本提高1015%。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： （1）理解干扰问题的类型，（2）设 计电路时使这些问题减小到最小，（3）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。 （4）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

3、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，自我感觉良好。这本书包含了我作为实践电气工程师工作了14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2章到第4章概括了干扰的产生、 接收的耦合途径。 第5章到第8章概括了减 小干扰问题的技术。第9章到第15章的概括减小干扰的物理设计技术。第16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18个大技术图书馆搜集了资料， 总共研 读了11公斤以上的书籍、杂志、和会议录。在

4、这些材料中，我发现了有关干扰 控制的180本书籍， 73篇技术报告， 和2300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 Noise 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 Desig n Ha ndbook，这本书对高速系统的设计作了详细论述RK enn eth Keenan的 Digital Design for Interfe- rence Specifi

5、cations,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 and Compatibility,Volum3, 这本书论述了在系 统中确定干扰问题的技术。 F 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EMCTech no logy和IEEET ran sact ions

6、on Electromag netic Compatibility。2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： Z=V/I=RQ对于电阻Z = V/I = I/ j 2n fCQ对于电容Z = V/I = j 2n f LQ对于电感 式中：f的单位是赫兹（图2 l）,Z、V、I是矢量。然而，在实际中，所有的器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在咼频 时起着主要作用。图2 2是实际电阻的集总阻抗模型。R是期望的电阻值，L s是寄生串联 电感，单位是亨利，C 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，

7、电阻的阻抗是：图2 2 实际电阻的集总阻抗模型图2 3是实际电阻的典型的阻抗一频率曲线。 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R、L s、C p,我们发现R1.5 5(L s/C p)l/2Q是在阻抗曲线中不会产生尖峰的最低阻抗值。因此将：R c=l.55(L s/C p)l/2Q定义为电阻的临界值。如果电阻的阻值大于R c,其阻抗约为：f l/2nRC p 赫兹时 |Z|l/2n f C p如果电阻的阻值RVR c,则L s和Cp会在fc=1/2 n (Ls/Cp)1/2赫兹处谐 振。这时电阻的阻抗大约为：

8、f 1/2 n Ls 赫兹时 |Z|RR/2n Lsfc)之间的过渡最短，并且最平坦。所以将：R c =1 .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Rc,则它的阻抗大约为：当 f1/2 nR sC Hz 时，|Z|1/2n fC当1 /2nR sC f Rs/2 n Ls 时，|Z|1/2n fLs如果R s3fc Hz 时，|Z|2n fLcih/ec 呃 10kLk103 F n looi10m Lm.OOH10p _ ” 叫叫川叫叫加叫皿 f/fc图25实际电容的阻抗表2 2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

9、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。5 模拟电路设计大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1KQ、负载阻抗大于3 0 0 Q后,拾取的噪声能被减小。高增益放大器在1 0KHz至5KHz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

10、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5 1给出 运算放大器的推荐旁路电路。每5个运放的V+和V应各有一个1至1OyF 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V+和V-插针与输出信号回 线连接起来。这些旁路电容应当是0. 1yF或至少为负载电容的100倍，两者取较大的一个。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1Q 电阻，以减小高频振铃）图5 1推荐的运放旁路电路图5 2给出推荐的多级放大器的去耦电容器。 R1和R2有助

11、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。R2100010-502FUL图5-2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5 3中的LL和CL），贝U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5 3（ a）,RL 2（LL/CL）l/2欧姆或的氧体磁珠，就能抑制这些振荡。图5 3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5-4介绍倒相放大器抑制振荡 的两种方法R1和R2用来调节放大器的增益R3(R1XR2

12、)/(R 1+R2)为任选，但它有助于平衡两运放的输入偏置电流， 而且如果R3接近 R1,有助于抵消输入电路中感应的任何热温差电压。在图5-4(a)中，增加C115(R1/R2) pF,可在几乎所有负载条件下保持放大器稳定。在 图5-4( b)中，增加了一个远大于运放输出电阻的电阻器R4和C2CL (R4/R2),使得在所有负载条件下，放大器都稳定工作。L图5-4倒相放大器驱动电容性负载图5-5介绍了非倒相放大器避免振荡的四种方法。在图5-5(a)中，R5和C3延迟输入信号，所以运放能向CL充电而不饱和。在图5-5(b)中，R6和C4减小运放的高频增益而不影响其直流增益。如图5-5(c)中,R

13、7和C5C p (这里C 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5-5( d)中，增加C6C p (R1/R2)，得到一个与反馈 环路中的电阻性分压器(R1和R2)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 2 0 0 nlV步进(常规负载端接)。如果输出端的过冲低于4 0%，贝U电路是 稳定的。%图5-5不倒相放大器驱动电容性负载C171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5 6（a）中的R1和R2）,以提供输入电容放电通

14、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R C滤波器 使栅极信号展宽而被抑制。如果信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5 6（ c）中，R4=R6,R 5=R7 ）将抵消电荷转移。图5 6 开关模拟信号1978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12V至+300V的约30种模拟信号， 其模拟输入电路板额定电压土 5V。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5 7介

15、绍了我以前设计的非倒相放大器 （用于信号低于4V）和倒相 放大器（用于信号超过4V）。按照初始结构设计，我预期输出电缆约两米长。15b TSV图5 7有条件稳定放大器7 .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

16、可以有1 0 V/ m电场，军用设备为10 0 V/ m电场，于是未屏蔽长电缆能容易地拾取10V之多的共模噪声。在这个电平上，不仅晶体管和集成电路中PN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 7 1 ），可以降低音频检波。R1 1m1任导集 +霏呃斥L2 IOpU-ICtuK zwxbL35-1M:250-5 DO jiff 蓄叶500适图7 1 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1015倍的电流，变压器是10 0倍，电机是2 5倍， 继电器是15

17、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（SCR）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SCR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。RC缓冲器（图7 2）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SCR或三端双向可控硅开关，驱动负载的电感为LL（H），则10QW RW200Q 和LL/R2C10 0MHz）工作时低于0 . 2 ft Hz时。我们能够防止双极晶体管振荡

18、，是在基极一发 射极上加1010 0PF电容器（图7 3中C1和C2）。对于FET，在 栅极串联10 0Q2KQ 电阻器（图7 3中R1和R2）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7 3 中L1L4），以降低高频增益，不影响低频特性。62 CE3图7 2 防止SCR和 三端双向可控硅开关开启图7 3防止晶体管高频振荡晶体管和FET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 yF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

19、是开关的开关、继电器触点的开启和闭合， 特别是驱动电感负载产生的。在触点间加上超过3 0 0 V电压时，产生辉光放电。 电弧发生在：（1）触点上电压变化大于lV/卩s；（2 ）电压超过负电触点的额定值V arc ;（3 ）负载电流超过任一触点的额定电流 Iarc。表7 1列出了触点普通材料的V arc和I arc。高V arc额定值的触点希望比低V arc额定值 的触点，产生更低的电磁干扰（EMI ），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7 1触点普通材料最低起弧条件S7-1触点普通材料最底起弧条件触点材料Varc(V)Iarc 1 5 , 5 2

20、 00 r 0 1 0. 0 3铜8 . 5 1 40 . 3 &0 . 6 0金91 60 . 3 B0 . 4 2铁8130 . 3 m. 7 31 70.7諫8 140 . 9。D . 5 0耙15160. 8 01 3 T 5 17. 50 . B. D 01 40.3 5银8 130 , 4 口D , 9 01 01 S . E0 . g 口1 . 2 7图7 4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7 4（ a）、（ b）、（c）和（4）表示感性负载（小于（Iarc ）的电弧抑制器。图7 4（ e）和（f）表示负载电流大于I arc的电弧

21、抑制器。假定峰值电源电压为V s (V)，峰值负载电流I (A)，负载电感为 LL( H)和负载电阻RL(Q )，推荐值为：工作电压为10V s (V )时，C1、C2、C3、C4 和 C510-6 1(F)和 (I/ 3 0 0 ) 2 LL(F);C6和 C7LL/R2L(F);CR1、CR2和CR3为额定的V s反峰电和工作连续电流I; LI10yH;V/I arc (Q)R1RL(Q);R2和 R3RL( Q)和 10V s/ I arc (Q);R5100KQ;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7-4( b)表示湿式汞开关和继电器的最佳电弧抑制器C2和R1的 推荐

22、值是：最佳电弧抑制器C2和R1的推荐值是：C2 = 10 7I2(F )，最小为 1 0 0 0 PF;R1=V s/1OI1+(5O/Vs)图7 4开关和继电器抑制起弧的电路电子系统设计：干扰控制技术(2)8.电源设计：开关电源是3 0MHz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8-1给出线性电源原理图。变压器T1升高或降低

23、线路电压，并提供初 次级隔离，CR1、CR2、CR3和CR4对次级电压整流并对滤波电容器充电，V ref为Q1的偏置电压，用来稳定输出电压V out=Vref-Vbe（Q1），图8 2表示电源的高频模型由HI至V out ,以及由LO至V out ,此电源有13 pF串联电容和5 0 pF关联电容，所以大约2 0%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101)j.CRl地01T1CH250pTcrc同电位低电位图8 2 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。大约平均每数分钟可观察到 一次2 0 0 V尖峰，每天可观察到一次4 0 0 V尖峰，

24、每年一次1 0 0 0 V尖峰， 在雷电高发区，室内平均每天能观察到1 0 0 0 V尖峰约两次， 每年能观察到5 000V尖峰的一次。办公室和车间附近有电动机时将产生1500V至250 0V尖峰，将有更多噪声。雷电可以将10至2 0KV尖峰置于室外电源线上， 而将2至6KV尖峰置于室内电源线上（限于墙上电源插孔的电弧过电压6K V）。作为一般规则，电源应当能经受3KV尖峰噪声而不被损坏，而高可靠性 电源则应安全经受6KV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+12 0V尖峰。电感性负载的开与关能产生一 3 00V+80V尖峰。 成束导线中， 导线之间的耦合能产

25、生+200V尖峰， 而点火装置突然熄火，将产生100 尖峰。通常条件下，都伴随有1. 5V噪声，而点火系统伴随有7. 5V。电子设备防护电源线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8-1列出了 这些器件的主要性质。表8 1 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（A） 电容量响应时间 气体

26、放电管压敏电阻器 碳化硅可变电阻S urgector/Thy ZorbTranszorb齐纳二极管 70-40 ，0006-47009-10005-600 6-5001-700 -15-302-73530-100 1000-10 ，00010-70 ，0001-10005-35002-20001-500 0.5-1010-33,00030-400090-200 10-90,0002-60,000 50-5000V 1-50300-10，00010-10 ，000V 1-10V 1-25 *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

27、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8 3 （a），降低整流器电流变化的速率（图8 3（b）及（c）,或用高质量旁路电容器吸收尖峰（图8 3（d）和（e）。肖特基二级管整流器则需采用RC缓冲器，防止整流器截止时出现振铃（图8 3 （f）。图8 3 （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8 3减小整流器的通断瞬态效应图8 4在原边抑制噪声让我们看看，应如何验证图8 1中电源存在的噪

28、声。 我们最大的问题是电 源噪声，因为它能损伤产品。图8 4( a)为典型的民用电源线滤波器L1 和L2抑制高频噪声，C2和C3旁路高频差模噪声，而C4和C5旁路高频共 模噪声。典型值是 L1=L2 = 1. 847 mH，C2=C3 = 0 . 1 2F，而C4 = C5 = 0 . 5 mA。我们还需要一个阻值为R1V0 . 4QF/(C2 + C3)的泄放电阻，为C2和C3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波，图8 4( b)的电路就足以工作C3 是低质或塑料电容器，C4和C5是标准1. 4KV瓷片电容器R2和R3是碳膜电阻器。这个电路可以安装在接

29、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1 . 5倍。我们也可以将电源变压器屏蔽起来。常规的变压器有10至5 0pF匝间电容。法拉第屏蔽变压器的屏蔽壳于直流地之间(图8 5( a)有0 .0 11 p F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8 5(b)所示。如果只需要少许减少匝间电容， 也可试用分裂式变压器和环形变压器。抑曲器哑压

30、銀購舍映声lt8-5小噪声C2O.Ql tri L9 彌 50 Qcs .oib-rCT _ CS o.oi t o.oi图8 7 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8-6）。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R1将高压尖峰箝位， 用小电容C6和C7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C8和铁氧体磁珠L 5。（注：L3和L4对低阻抗负载很有效）图8 7为全部噪声抑制的电源的高频模型L1、L2、L3、L4和L 5可以阻挡电源线至产品的高频噪声R1将高压尖峰箝位

31、，而C2、C3、C 4、C5、C6、C7和C8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。将在云母绝缘片上的TO3晶体管有10 0至2 5 0pF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1pF。一种称为“S 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

32、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。1 9 8 0年我研制了一台电源测试仪，并发现电源的+5V输出在+5. 1V和6 . 5V之间变化。用示波器观察+5V输出，我看到一个锯齿波，在10 02 0 0 ms内降至+5 .1 V，然后在5 0S内跳于6. 06 . 5V。这种现象可说明如下：（1）输出电压太高，所以导通的晶体管被截止；（2）输出电压逐渐降至+5 . 1V,晶体管开始导通；（3）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，+5 V输出是为10 0 mA和2 0 0

33、F最小负载设计的。所以我加了一个2 2 0卩 F电容器和5 0Q电阻在测试仪上。至今该测试仪已良好地测试了100,00 0台电源，没有发现其它干扰问题。9、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（1）使小功率（敏感）电路紧紧靠近 信号源，（2）使大功率（产生噪声）电路紧紧靠近负载，（3）尽可能分开小 功率电路和大功率电路，（4）使导线尽可能短，（5）使电流环路尽可能小。我们从将电路划分为五类开始：（1）灵敏的高阻抗电路（|Z|3 7 6 . 7Q,

34、属于电容耦合），（2 ）灵敏的低阻抗电路（|Z|3 7 6. 7 Q,属于电感性耦合），（3）中等灵敏/中等功率电路，（4）高压电路，以及（5） 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。一个给定的电路组合中的电路应当具有相同的输入/输出要求和相同的噪 声特性。 这个要求将大多数系统划分为模拟、 数字、 电流和电磁设备/驱动器等 组件。我们也应将高频和低频电路分入不同的组件。 每个组件应尽可能小而且简 单，并接入自身的电源

35、/接地系统。 组件中的导线应当设计成低阻抗， 使电流环 路尽可能小。安装变压器、 螺线管和其它电磁器件时， 应使它们的磁场彼此正交， 并远离 电缆。电缆应设计成最小长度、最小阻抗、和最小环路面积。用于高速逻辑电路 的电缆应至少将屏蔽层的五分之一接地； 用于中速或低速逻辑电路的电缆至少应 将屏蔽层的十分之一接地。 要使敏感电路和它们的电缆远离其它电路， 并使系统 的支撑结构提供屏蔽， 将组件的接地系统连接到唯一的单点， 并将接地的屏蔽体 包围高阻抗电路和高压电路。10. 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10 0 mW数字电路 为 2

36、 0 0 mV）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， 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。H . Ott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：（ 1） 使接地阻抗尽可能低，（2）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（H

37、 z）， 波长为入=2.998 X 1 0 8 / f （n）的信号加至（1 （m）长的一段导体上，我们 将预期直到|Z|欧姆阻抗。但由于驻波，等效阻抗将增加tg（2 nl/入），所以我们实际看到的是|Z|1+ tg（2 nl/X ）欧姆阻抗。如果两点相距 X/43X/45X/47X/4（ 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W 0.05 X,这里，入 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133%。 大多数 民用系统接地点之间的间隔取 0.1 0X,接地阻抗限制为正常值

38、的173%。非 敏感系统可取0 . 15X，接地阻抗上至正常2 3 8 %。林壳地nX信号地屏箴地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10 1）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MHz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KHz为低阻抗， 但必须承载较大的电流，同时，交流电 源/机壳地在10 0Hz范围要求为低阻抗， 并可承载几百安培电流（典型的要 求是10 0 mQ电阻和5 mn2o （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：

39、1、用铁刷子、钢丝棉或研磨料（7/1 0金刚砂纸）打磨清洁搭接面，但 要清洁比搭接面大50%;2、擦去碎屑；3、用溶剂清洁表面；4、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1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8 3 0 0至1 0300KP a （对软金属要低压力，即每平方英寸1 2 0 0至1 5 0 0磅）。螺栓的花兰垫圈 或弹簧垫圈要保持紧配合。截面积大于6 5 0 mm2的搭接，其搭接电阻应 0.1m Q。表11 1列出了最大额定电流和机械螺丝和螺栓使搭接夹紧力矩。11-1 至属一蚩厲宜接詹接的最大电流卷莖相天境R矩螺栓尺寸最尢

40、电1根导线K3X0. 510#5-4011#6-3212M4X0. 71943-3222S10-323215X0*836#1.2-3246531/4-2056117X1835/16-18100120S/8-1S170110 XI. 25210夹齢丈1矩（Nf）泛根号线70.3480. 731-05g1. 11.5141. 42.0151. 82.5222, S3.625 73-8S33. 44.8375. 0-7.0406. 39-5583.41170121864101511022321472131第三个最好方法是在金属表面上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1MHz时

41、，超过1Q。可以用镉、锡或银镀在金属上， 或用 Alodine#1000,Dow#1,Dow#15,lridite#14,lridite#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 o.i q-m掺有银和金的环氧树脂，其电 阻率为10至5 7 0 0 0 nQ m掺入6 0%7 0% （按重量计）时粘着力和 电阻率最佳。这些搭接压力大约为6 9KP 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

42、宽，长度比为5以下，优先为3，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AWG18，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16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RF来说必须是密封的，可以加导电衬垫， 必须将其压紧衬

43、垫或粘到一面上， 还必须避免损坏。通常，对粗糙表面用窄的法 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。12 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

44、。 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

45、和增加设计成本。设计印制电路板通常有八个步骤。1、决定电路板的大小、形状和连接器位置；2、决定把电路放在何处；3、决定电路板的电源/接地方案；4、决定把元件放何处；5、设计电源和接地的走线；6、设计时钟线的走线；7、设计信号线走向；8、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

46、声电路隔离，如图121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RAM阵列分成两半，中间安装驱动器。还要决定集成电路和其它 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122（*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。低电路中速逻輯电路快速逻辑电路Fmnnn接口 |模拟电路申透逻辑电蹈快速逻辑电路nM03M!i!，Jir：TRMS3| RAMS快速逻辑电路hrmnTUfiofior图12-1数字电路印制电路板：（a）处理器板，（b）接口板，（c） RAM板S_liJ

47、 b厂丨1nMimiimniinmonra、151HnqcrnnniiiiinGiirrt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：（1）正确安排电源和地面；（2） 使用共面线：（3）用扁平母线：（4）用地平面（图12 3）。共面线用在 绕焊电路板和双面电路板（图14 4）。片状总线能使Vcc 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0.155Q的电路阻抗来说，应承载2.515A电流，其分布电容为O.OO12F / m分布 电感为3 5 nH/m为了减小地噪声，电路板还必须有大的地线

48、，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c图12-4双面板上电源/地线：(a) fc=5.6MHz,Ls=81 nH;(b)fc=10.4M Hz, Ls=23 nH;(c)fc=14.0M Hz, Ls=13 nH;(d)fc=14.5M Hz, Ls=12 nH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1/4 或电流的1/4。通常把电缆分成六组：1、AC电源，AC回路，机壳地，干扰音频的信号和它们的回路；2、DC电源，DC回路，DC参考，敏感的音频信号和它们的回路；3、数字信号和它们的回路；4、RF干扰信号和它们的回路；5、敏感RF信号和它们的回路；6、天线信号。敏感的电子系统需要干净的AC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