降低噪声的基本技术

1、1 上次习题2 在下图的导线在下图的导线1和导线和导线2之间的分布电容为之间的分布电容为50pF，每根导线对地电容等，每根导线对地电容等 于于150pF，导线上有一电压为，导线上有一电压为10V频率为频率为100KHz的交流信号，假若用的交流信号，假若用 Rt端接导线端接导线2，请问若电阻，请问若电阻Rt取下面值时，导线取下面值时，导线2拾取的噪声电压是多拾取的噪声电压是多 少？少？ （1）无穷大）无穷大 （2）100欧欧 （3）50欧欧 答案答案：（：（1）2.5V （2）314mV （3）15.7mV Rt 50pF 150pF 150pF 导线2 导线1 10V 3 降低噪声的基本技术

2、3.1噪声及其传播途径 传播 路径 分类说明 基本对策 空 间 静电感应 由容性耦合产生 近距离高阻抗场 拉开距离 电磁感应 电磁感应产生 近距离低阻抗场 电磁场辐射 在辐射电磁场的噪声传播 在远场空间阻抗377欧 即时1米近也要算远场（对于 300MHz转折点在0.16米） 导 线 由公共阻抗产生 的耦合 因在公共阻抗上流过的电流产 生的感应，简称“公共阻抗” 强化接地 控制噪声电流 噪声的传导 在电缆上的传播 分差模和共模 差动输入 滤波器 传播特性由空间阻抗决定 H E Z 感应电磁场既近场 发射电磁场即远场 采用的方法有隔离或屏蔽 屏蔽又分静电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽，选择 要与空间阻抗

3、匹配 图. a空间传播 a空间阻抗与噪声源距离的关系 b 公共阻抗传播的噪声 c 导线上传播的噪声 c 导线上传播的噪声 共模抑制比，看出：要加大Z1、Z2，最好相同 ).( 11 20log ,r , r 20log /1 12 212211 22 2 11 1 22 2 11 1 dB ZZ rCMRR rrrZZ Zr Z Zr Z CMRR Zr Z Zr Z e e CMRR n c 时当 对数形式 3.2 屏蔽 a静电屏蔽 10 b磁屏蔽 低频磁场 低频 磁场 吸收损耗小 反射损耗小 高导电材料 高导磁材料 高导电材料 磁屏蔽针对空间低阻抗的感应电磁场的对策 用在屏蔽低频磁场方面

4、原理是把磁力线集中到磁阻小的磁屏蔽体的 内部，使屏蔽体外的磁力线少 需要使用足够厚的高磁导率的金属 高频时效果会下降 12 高导磁率材料的磁旁路效果 H0 H1 H0 Rs R0 H1 R0 Rs SE = 1 + R0/RS 13 低频磁场屏蔽产品 14 磁屏蔽材料的频率特性 1 5 1 0 1 5 坡莫合金坡莫合金 金属金属 镍钢镍钢 冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHz r 103 15 磁导率随场强的变化 磁通密度 B 磁场强度 H 饱和 起始磁导率 最大磁导率 = B / H 16 强磁场的屏蔽 高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够 低导磁率材料低导磁率材

5、料 高导磁率材料 17 c电磁屏蔽 入射波 场强 距离 吸收损耗A R1R2 SE R1 R2 AB R AB B 18 nS n l S n log20 2 log20 果下降量为个同一尺寸开口屏蔽效 屏蔽效能 19 实际屏蔽体的问题 通风口 显示窗 键盘 指示灯 电缆插座 调节旋钮 实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键 、指示灯、电缆线、电源线等 电源线 缝隙 20 缝隙的处理 电磁密封衬垫 缝隙 21 电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的) 导电橡胶(不同导电填充物的) 指形簧片(不同表面涂覆层的) 螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的) 导电布

6、22 指形簧片 23 螺旋管电磁密封衬垫 24 搭接不良的机箱 V I 航天飞行器上的搭接阻抗要小于2.5m! 25 搭接面的腐蚀 金属 电极电位 金属 电极电位 镁 / 镁合金 - 2.37 铍 - 1.85 铜 + 0.34 铝 - 1.66 蒙乃尔合金 锌 - 0.76 不锈钢 铬 - 0.74 银 + 0.799 铁/钢/铸铁 - 0.44 铂 + 1.200 镉 - 0.4 金 + 1.420 镍 - 0.25 锡 - 0.14 铅 - 0.13 I IV III II 26 所有进入屏蔽壳体的电缆都应当进行滤波 屏蔽电缆进出屏蔽壳体时，电缆的屏蔽层应连到壳体 电场、平面波的反射损耗

7、很大，低频磁场的反射损耗通常很小 屏蔽磁场的难度大于屏蔽电场 屏蔽低频磁场应当用磁性材料 屏蔽电场、平面波和高频磁场应使用良导体材料 吸收损耗是屏蔽材料的磁导率和电导率乘积的函数 反射损耗是屏蔽材料的电导率和磁导率之商的函数 屏蔽效能随屏蔽体上开孔数量平方根的增大而减小，并且与开孔的 最大线性长度成反比 10MHz以上，吸收损耗是最主要的屏蔽机理，任何完整的厚度足 够的屏蔽都能够为大多数应用提供足够的屏蔽效能 实际上，屏蔽体的屏蔽效能通常由接缝、连接处的泄露决定，而不 是材料本身的屏蔽效能决定 开孔或不连续的最大尺寸决定屏蔽体的最大泄露，而不是他的面积 屏蔽体上大量小尺寸的开孔对屏蔽效能的影响

8、小于一个等面积的大 尺寸的开孔长接缝的影响 3.3 接地 接地的分类目的说明 大地接地1防止对于人 体的危险 2防止低频噪 声的感应 1把装置箱体的电位和地电位合并，可以提高人体接 触装置箱体时的安全性 2 可以防止信号的共模电压变大，但是对于高频噪声 效果不好 装 置 内 接 地 机 架 接 地 （FG） 1对大地接地， 以防止对人 体的危险 2装置的屏蔽 1由于人体接触机架的可能很大，利用上述接地防止 危险 2把装置用金属覆盖，可以屏蔽从空间传来的外部噪 声，反过来也可以屏蔽从装置产生的向空间的辐射、 感应。 信 号 接 地 （SG） 电路的点位 基准点 装置内部的基准点，通常取直流电源的

9、公共点 A C 接 地 （ACG或 E） AC线性滤波 器的共模噪 声的回流 交流线性滤波器的电容器中点，一般直接接到壳体， 作为ACG端子不特意分离，但是要注意，在交流线上 叠加的噪声会从ACG流到壳体 信号回馈电 路 信号电流的 回流 因为在信号回馈线一侧流过和信号电流相等的电流， 要向没有公共阻抗那样考虑，接到SG上（信号接地） 29 地线问题公共阻抗耦合 电路1电路 2 地电流1 地电流2 公共地阻抗 V 改进1 改进2 30 接地方式种类 信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地 多点接地 单点接地 31 单点接地 123123 串联单点接地串联单点接地 优点：简单优点：简

10、单 缺点：公共阻抗耦合缺点：公共阻抗耦合 并联单点接地并联单点接地 优点：无公共阻抗耦合优点：无公共阻抗耦合 缺点：接地线过多缺点：接地线过多 I1I2I3 I1 I2 I3 ABC A B C R1 R2R3 32 串联单点、并联单点混合接地 模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3 数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路 继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路 地线问题地环路 IG VG VN 地环路 I1 I2 使用形滤波器的注意事项 滤波器接地阻抗滤波器接地阻抗 预期干扰电流路径预期干扰电流路径 实际干扰电流路径实际干扰电流路径 对

11、接地没有把握时，对接地没有把握时， 避免使用避免使用 形滤波器！形滤波器！ 为什么信号滤波器容易损坏 220VAC 110VAC 全部浮地 没问题 220VAC 机箱浮地 没问题 220VAC 全部接地 没问题 220VAC 等电位连接 低频时应使用单点接地系统 在高频和数字电路中应使用多点接地系统 低频系统至少应有3个分离的地：信号地、噪声地，硬件 地 一个良好接地系统的基本目标：将流经公共阻抗的2个地 电流产生的噪声电压最小化 41 3.4滤波器 共模扼流圈共模扼流圈 差模电容差模电容 共模电容共模电容 电源线滤波器的基本电路，共模滤波电容受到漏电流的限制共模滤波电容受到漏电流的限制 42

12、 或 精心绕制或多个电感串联精心绕制或多个电感串联 使用设计注意： 滤波器接地阻抗滤波器接地阻抗 预期干扰电流路径预期干扰电流路径 实际干扰电流路径实际干扰电流路径 型滤波 输入输出分离 低阻抗接地 按照阻抗的原则设计使用滤波器 假设LISN内有2个50欧的电阻接到电源线和地之间 基本的滤波电路如下 YCCMCM CM CLCL f 22 1 2 1 1、共模等效为 可以看出这是一个二阶LC滤波器其衰減度是以 40dB/dec的斜率增加的转折频率为： 1、差模等效为 可以看出这是一个二阶LC滤波器其衰減度是以 40dB/dec的斜率增加的转折频率为： 21 , 22 1 2 1 XXX XDD

13、MDM DM CCC CLCL f 其中假设 1、差模等效为 3.5 电缆 A、屏蔽电缆： 屏蔽层与中心导线间的互感就等于屏蔽层的自感 屏蔽层的截止频率 屏蔽电缆上加磁环对截止频率的影 响增大还是减小？ 为何屏蔽层2端接地可磁性屏蔽 为何低频单端接地，高频双端接地？ 屏蔽电缆的转 移阻抗（/m） B、双绞线电缆 C、对比资料 a容性（电场 ） 耦合 习题1 高频低通滤波电路的原理图与高频低通滤波电路的原理图与PCB如下图所示，电感使用开如下图所示，电感使用开 路磁芯绕制的螺线管电感器，电容使用管状电容，请回答如下问题：路磁芯绕制的螺线管电感器，电容使用管状电容，请回答如下问题： （1）列举）列举PCB图中布局的缺点图中布局的缺点 （2）重新布局解决原布局的问题）重新布局解决原布局的问题 L1L2L3 C1C2 原理图PCB图 输入 地 输入 输出 输出 L3 L1C1C2 L2 （1）布局的缺点如下）布局的缺点如下 L1、L3离得太近且平行，存在大的磁耦合离得太近且平行，存在大的磁耦合 输入与输出离的近有大的分布电容输入与输出