漫谈屏蔽 接地 隔离

1、文字材料题 目： 漫谈屏蔽、接地和隔离 院（系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 仪器科学与技术 姓 名： 周园园、孙旭霞、糜蓉 学 号： 13082010252119 指导老师： 郭 庆 职 称： 教 授 2014年3月11日 漫谈屏蔽、接地和隔离微弱信号的屏蔽、接地和隔离学生：周园园、孙旭霞、糜蓉 指导老师：郭庆摘要随着电子技术的高速发展，电子设备的密集程度越来越大，电磁干扰情况也越来越突出。为确保电子设各在工作时不会受到外界电磁场的干扰，同时不对该环境中其他设备造成不允许的电磁干扰，必须对电子设备进行电磁屏蔽、接地和隔离设计。本文阐述了电子设各屏蔽设计要求、屏蔽效能的影响因素、电子设备

2、应采取的屏蔽措施，并通过屏蔽设汁改进实例说明电磁屏蔽技术在电子设备结构设计中的重要作用。讨论分析了测试中常见的几种接地方法:单点串联接地、单点并联接地、多点接地和浮点接地,并总结出了在微弱信号检测系统中电路接地设计应注意的问题。另外,文章也简单讨论了与接地技术非常密切的屏蔽技术,并得出在屏蔽设计时应遵循的原则。关键词：微弱信号屏蔽接地隔离实际应用.引言随着电子技术的发展，人们在生产生活中使用的电子电气设备越来越多，汽车、电子、通信、计算机及电器设备大量进入家庭，电磁波向外辐射的电磁能量正以每年714的速度递增，并被广泛使用，为军事、工业、民用等带来莫大的方便，同时也带来了严重危害。电磁环境污染

3、日益严重，在继噪音污染、空气污染、水污染之后，电磁波污染成为威胁人类健康的第四大公害。一方面，磁场对人体具有非特异性刺激作用，它几乎可影响人体的各种系统。另一方面，电子电气设备对外界电磁环境的敏感性增加，电子电气设备由于日趋数字化、高度集成化、信号电平小量化以满足其高速化、轻量化和小型化的要求，极易受外界电磁干扰而使其产生误动作，从而带来严重后果。第一，由于电子线路和元件的集成化、微型化，所使用的电流为微弱电流，其控制讯号的功率与外部电磁波噪音的功率接近，容易造成误动、声音及图像障碍等；第二，这些电子产品本身也向外发射不同频率的电磁波，同样会给在附近运行的电子计算机以及其他通讯或电气设备等造成

4、干扰；第三，对于军用电子设备，除了防止外界电磁波对其工作产生干扰外，还要防止其本身的电磁波向外泄漏，国际较为先进的技术和设备可以准确地接受几十公里外泄露出的电磁波，进行放大还原，从而导致泄密；第四，电磁波通过辐射也给生物体造成损害，如在中短波电磁辐射下，人体的中枢神经系统会出现功能失调。所以，在当今社会，不论民用电子设备，还是军用电子设备，从环保角度出发，都应进行电磁屏蔽，这就对设备的电磁屏蔽性能提出了更高要求。基于上述原因，电磁屏蔽技术应用得越来越广泛，屏蔽与接地密切相关,要期望有好的屏蔽效果,除了必须仔细考虑屏蔽层的接法外,还必须注意接地方式极其有效的隔离技术。所以对于通讯产品、医疗设备、

5、家用电器等，尤其是防止信息泄漏和增强抗干扰的军用设备，必须对设备进行屏蔽极其接地、隔离技术，以减少环境对设备的辐射干扰或者设备对环境的电磁污染。在微弱信号检测中,由于有用信号极其微弱,其量级通常低于v ,容易被强大的噪声所淹没,因此通常需要应用合理的屏蔽、接地和隔离技术,最大限度地降低外部的干扰、耦合等噪声。所以,正确掌握屏蔽、接地和隔离技术,对于微弱信号检测系统的设计有很重要的意义。1 屏蔽技术1.1 屏蔽的概述屏蔽(shielding)是用来限制电场或磁场在空间传播的有效方法，这是克服电场耦合干扰以及电磁辐射干扰的最有效手段。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁

6、波由一个区域对另一个区域的感应和辐射（如图1.1）。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。里面的不出去外面的不进去图1.1 屏蔽的基本原理图1.1.1 电磁屏蔽的目的电磁波是电磁能量传播的主要方式，高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其它设备产生干扰。另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中，对电路造成干扰。电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，从而消除干扰。屏蔽的目的是利用导电材料或高导磁率材料来减少磁场、电场或电磁场的强度,将电磁场噪声源与敏感设备隔离

7、，切断噪声源的传播路径。屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一，即用屏蔽材料将干扰源封闭起来，使其外部场强度低于允许值的一种措施；或用屏蔽材料将敏感电路封闭起来，使其内部场强度低于允许值的一种措施。防止外来电磁波对要保护的相关设备的干扰！屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。在解决电磁干扰问题的诸多手段中，电磁屏蔽是最基本和有效的。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。1.1.2 区分不同的电磁波同一个屏蔽体对于不同性质的电磁波

8、，其屏蔽性能不同。因此，在考虑电磁屏蔽性能时，要对电磁波的种类有基本认识。电磁波有很多分类的方法，但是在设计屏蔽时，将电磁波按照其波阻抗分为电场波、磁场波、和平面波。电磁波的波阻抗zw 定义为：电磁波中的电场分量e与磁场分量h的比值: zw = e / h （1.1）   电磁波的波阻抗与电磁波的辐射源性质、观测点到辐射源的距离以及电磁波所处的传播介质有关。距离辐射源较近时，波阻抗取决于辐射源特性。若辐射源为大电流、低电压（辐射源的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为磁场波。若辐射源为高电压、小电流（辐射源的阻抗较高），则产生的电磁波的波阻抗大于37

9、7，称为电场波。距离辐射源较远时，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377。电场波的波阻抗随着传播距离的增加降低，磁场波的波阻抗随着传播距离的增加升高。注意: 近场区和远场区的分界面随频率不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时要注意。例如，在考虑机箱屏蔽时，机箱相对于线路板上的高速时钟信号而言，可能处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能处于近场区。在近场区设计屏蔽时，要分别电场屏蔽和磁场屏蔽。1.1.3 度量屏蔽性能的物理量屏蔽效能屏蔽体的有效性用屏蔽效能（se）来度量, 屏蔽效能的定义：se=20lg(e1/e2) (db) （1.2）屏蔽前的场强e

10、0屏蔽后的场强e1图1.2 屏蔽的效能式中：e1 =没有屏蔽时的场强 e2 =有屏蔽时的场强如果屏蔽效能计算中使用的是磁场强度，则称为磁场屏蔽效能，如果屏蔽效能计算中使用的是电场强度，则称为电场屏蔽效能（如图1.2）。屏蔽效能的单位是分贝(db)，下表是衰减量与分贝的对应关系：屏蔽前屏蔽后衰减量屏蔽效能10.190%20db10.0199%40db10.00199.9%60db10.000199.99%80db10.0000199.999%100db 一般民用产品机箱的屏蔽效能在40db以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60db，tempest设备（电磁安防）的屏蔽机箱屏蔽效能要

11、达到80db以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100db。100db以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。1.1.4 屏蔽材料的屏蔽效能估算电磁波在穿过屏蔽体是发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分成两个部分：反射损耗和吸收损耗。（1）反射损耗：当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗，用字母r表示。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，要发生两次反射。因此，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。反射损耗的计算公式如下：r=20lg(zw/zs) (db) （1.3）式中: zw= 入射电磁波

12、的波阻抗 ，zs=屏蔽材料的特性阻抗 |zs|=3.68×10-7（frr）1/2 （1.4）式中: f= 入射：电磁：波的频率 ，r=相对磁导率，r=相对电导率对于电场波而言：第一个界面的反射损耗较大，第二个界面的反射损耗较小。对于磁场波而言，情况正好相反，第一个界面的反射损耗较小，第二个界面的反射损耗较大。（2）吸收损耗：电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损失，损失的这部分能量成为屏蔽材料的吸收损耗，用字母a表示，计算公式如下：a=3.34t（frr）1/2 (db) （1.5）多次反射修正因子: 电磁波在屏蔽体的第二个界面（穿出屏蔽体的界面）发生反

13、射后，会再次传输到第一个界面，在第一个界面发射再次反射，而再次到达第二个界面，在这个界面会有一部分能量穿透界面，泄漏到空间。这部分是额外泄漏的。应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子，用字母b表示，大部分场合，b都可以忽略。se = r + a + b （1.6）（3）源的位置对屏蔽效能计算的影响：如果辐射源在屏蔽机箱的外部（例如，屏蔽是为了机箱内的电路免受外界干扰的影响），则反射损耗和吸收损耗都对屏蔽效能有贡献。如果辐射源在屏蔽机箱内部（例如，屏蔽是为了抑制机箱内的电路辐射），则主要是吸收损耗对屏蔽效能有贡献，因为反射的能量总是在机箱内。1.1.5 影响屏蔽材料的屏蔽效能的因素从上

14、面给出的屏蔽效能计算公式可以得出一些对工程有实际指导意义的结论，根据这些结论，我们可以决定使用什么屏蔽材料，注意什么问题。下面给出的结论，出步一看，会感到杂乱无章，无从应用，但是结合上面第3和第4条仔细分析后，会发现这些结论都有着内在联系。深入理解下面的结论对于结构设计是十分重要的。1）材料的导电性和导磁性越好，屏蔽效能越高，但实际的金属材料不可能兼顾这两个方面，例如铜的导电性很好，但是导磁性很差；铁的导磁性很好，但是导电性较差。应该使用什么材料，根据具体屏蔽主要依赖反射损耗、还是吸收损耗来决定是侧重导电性还是导磁性；2）频率较低的时候，吸收损耗很小，反射损耗是屏蔽效能的主要机理，要尽量提高反

15、射损耗；3）反射损耗与辐射源的特性有关，对于电场辐射源，反射损耗很大；对于磁场辐射源，反射损耗很小。因此，对于磁场辐射源的屏蔽主要依靠材料的吸收损耗，应该选用磁导率较高的材料做屏蔽材料。4）反射损耗与屏蔽体到辐射源的距离有关，对于电场辐射源，距离越近，则反射损耗越大；对于磁场辐射源，距离越近，则反射损耗越小；正确判断辐射源的性质，决定它应该靠近屏蔽体，还是远离屏蔽体，是结构设计的一个重要内容。5）频率较高时，吸收损耗是主要的屏蔽机理，这时与辐射源是电场辐射源还是磁场辐射源关系不大。6）电场波是最容易屏蔽的，平面波其次，磁场波是最难屏蔽的。尤其是（1khz以下）低频磁场，很难屏蔽。对于低频磁场，

16、要采用高导磁性材料，甚至采用高导电性材料和高导磁性材料复合起来的材料，如坡莫合金（如图1.3），硅钢片（如图1.4）等。 图1.3 坡莫合金 图1.4 硅钢片1.1.6 实用屏蔽体设计的关键许多人不大了解电磁屏蔽的原理，认为只要用金属做一个箱子，然后将箱子接地，就能够起到电磁屏蔽的作用。在这种概念指导下结果是失败。一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供100db以上的屏蔽效能。但在实际工作中，要达到80db以上的屏蔽效能也是十分困难的。这是因为，屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于屏蔽体的结构。因为，真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素：一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的，另一个是不能有直接穿透屏

17、蔽体的导体。1）屏蔽体的导电连续性：这指的是整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。这一点在实现起来十分困难。因为一个完全封闭的屏蔽体是没有任何使用价值的。一个实用的机箱上会有很多孔缝造成屏蔽：通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分的结合缝隙等。由于这些导致导电不连续的因素存在，如果设计人员在设计时没有考虑如何处理，屏蔽体的屏蔽效能往往很低，甚至没有屏蔽效能。2）不能有直接穿过屏蔽体的导体：一个屏蔽效能再高的屏蔽机箱，一旦有导线直接穿过屏蔽机箱，其屏蔽效能会损失99.9%（60db）以上。但是，实际机箱上总会有电缆穿出（入），至少会有一条电源电缆存在，如果没有对这些电缆进行妥善的处理

18、（屏蔽或滤波），这些电缆会极大的损坏屏蔽体。妥善处理这些电缆是屏蔽设计的重要内容之一。（穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大）。电磁屏蔽体与接地无关：对于静电场屏蔽，屏蔽体是必须接地的。但是对于电磁屏蔽，屏蔽体的屏蔽效能却与屏蔽体接地与否无关，这是设计人员必须明确的。在很多场合，将屏蔽体接地确实改变了电磁状态，但这是由于其它一些原因，而不是由于接地导致屏蔽体的屏蔽效能发生改变。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料，消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样。这种弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。1.1.7 缝隙的电磁泄漏在许多文献中将电磁屏蔽体比喻成液体密封容器

19、，似乎只有当用导电弹性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。一般情况下，屏蔽机箱上的不同部分的结合处不可能完全接触，只能在某些点接触上，这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程中，常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小，则电磁泄漏越小，屏蔽效能越高。缝隙处的阻抗：缝隙的阻抗可以用电阻和电容并联来等效，因为接触上的点相当一个电阻，没有接触的点相当于一个电容，整个缝隙就是许多电阻和电容的并联。低频时，电阻分量起主要作用；高频时，电容分量起主要作用。由于电容的容抗随着频率升高降低，因此如果缝隙是主要泄漏源，则屏蔽机

20、箱的屏蔽效能优势随着频率的升高而增加。但是，如果缝隙的尺寸较大，高频泄漏也是缝隙泄漏的主要现象。因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波，取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时，并不会产生明显的泄漏。因此，当干扰的频率较高时，这时波长较短，就需要使用电磁密封衬垫。具体说，当干扰的频率超过10mhz时，就要考虑使用电磁密封衬垫。1.2 电子设备应采取的屏蔽措施电子设备采取何种解蔽措施，要根据设备的工作频率、工作环境、设备结构形式、加工成本要求等综合因素进行考虑。选择经济适用且能满足屏蔽要求的方案，可采用的屏蔽措施具体如下：屏蔽体材料：对于高频电子设备，屏蔽体材料应选用良导体如铜、铝

21、等。对于低频电子设备，屏蔽体材料应选用铁磁性材料钢、电工软铁、硅钢片等；缝隙：没有密封要求的机箱，机箱侧板、盖板等与箱体搭接缝隙都安装镀铜簧片。它能在需要低闭合压力设备中提供高的屏蔽；有密封要求的机箱，缝隙处采用导电密封衬垫进行密封。对不能采取铍铜簧片、电磁屏蔽密封衬垫的缝隙，采用屏蔽胶带密封，选用铜屏蔽胶带。在结合面无屏蔽措施时，尽可能地减小螺钉间距，增加螺钉数量，即缝隙长度至少小于12o波长；连接器：连接器部位安装电磁屏蔽密封衬垫，这些衬垫屏蔽效能可达l00db；进出风口：可采用蜂窝板或蒙乃尔丝屏蔽板；连接线：连接线布置接近地线布置，应远离缝隙和空洞，地线与信号线分开布线，屏蔽机箱上绝不允

22、许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时，应对导线进行适当的屏蔽，在线上增加一个磁环来减少电磁辐射泄漏，或设计成双绞线；电源开关、键盘、表头：增加金属屏蔽罩；显示器：采取屏蔽玻璃屏蔽；电源滤波器：把适用高频性能良好的滤波器外壳直接固定在金属板上，滤波器输入部分线缆长度尽量短，并将输入端线缆用金属盒体进行屏蔽，并以最低阻抗连接滤波器外壳和开关电源外壳，滤波器的地以最短距离与机壳地连接；器件：按信号流向布置器件，使接线最短，并使辐射源到开孔口的距离尽量远；接地：通常电路工作在1mhz以下时，可以采用单点接地，而频率在10mhz以上时可以采用多点接地，在1 mhz和10 mhz之间时，如果最长的接地线

23、不超过波长的l2o，可以采用单点接地，否则采用多点接地。1.3 电磁屏蔽的应用范围如今笔记本电脑、gps、和移动电话等3g产品都会因高频电磁波干扰产生杂讯，影响通讯品质。另若人体长期暴露于强力电磁场下，则可能易患癌症病变。因此防电磁干扰已是必备而且势在必行的制程，下面我们来了解下在现实生活中电磁屏蔽的应用。1.3.1 导电漆（防电磁波干扰屏蔽涂料） 图 1.5 喷有导电漆的电子器件后盖 导电漆是用导电金属粉末添加于特定的树脂原料中以制成能够喷涂的的油漆涂料，能用于喷涂的一种油漆干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰的功能。导电漆喷涂技术具有高导电性、高电磁屏蔽效率、喷涂操作简单（同

24、表面喷漆操作一样只须要在塑胶外壳内喷上薄薄一层导电漆）等特点，导电漆通过喷涂、刷涂的方法，使完全绝缘的非金属或非导电表面具有像金属一样的吸收、传导和衰减电磁波的特征，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。导电漆的出现，有效的解决了非金属表面实现电联接的问题。广泛应用于通讯制品（移动电话）、电脑（笔记本）、便携式电子产品、消费电子、网络硬件（服务器等）、医疗仪器、家用电子产品和航天及国防等电子设备的电磁干扰（emi）屏蔽。喷涂导电漆解决了因做金属屏蔽罩受空间限制、操作、成本压力的限制，因其导电漆喷涂操作极其简单，做到了塑胶金属化（如图1.5），而受到越来越多的关注及推广。逐渐取代了以往贴锡箔、铜纸、做金

25、属屏蔽罩的工艺。1.3.2 电磁屏蔽服装 图1.6 屏蔽服电子产品工作时会发出电磁波，也称电磁辐射。如今电磁辐射已成继水源污染、空气污染后的第三大“隐形杀手”。所谓电磁屏蔽服就是指我们经常说的“防辐射服装”，其应用已有几十年的历史，早期的电磁屏蔽服由于效率低、成本高等原因所以主要应用在工业领域，但随着民众对防辐射的重视以及电磁屏蔽服（如图1.6）技术的发展，直到1999年前后才开始广泛的应用到了民用领域。目前市场比较流行的电磁屏蔽服分为金属纤维和银纤维两种，其中金属纤维电磁屏蔽服能够对100-3000mhz（民用常见频率）以内的电磁波进行有效地屏蔽，屏蔽率在99.9%以上。这种布料不仅有良好的

26、透气性，而且还可以洗涤，是当今最实用的民用电磁屏蔽服面料。还有就是银纤维的，这种布料采用了镀银技术使银纤维很好的和其他纤维（棉、涤纶等）融合，不仅具备金属纤维布料的优点，而且质地更加柔软。1.3.3 电磁屏蔽帐篷   图1.7 军用电磁屏蔽帐篷 在现代化军事行动中，指战员的安全影响着军事行动的顺利进展和成功与否；而电子信息与通信系统是指战员与行动部队的联系纽带，能让指战员随时掌握部队动向与现场情况，以便及时下达更新更快，适合于当前形势的命令。所以，只有保证了指战员的人身安全及电子信息与通信系统的安全，军用帐篷（如图1.7）才能使军事行动进展顺利，让行动成功率得到有效保证。&

27、#160;因此，国家非常重视部队指战员在军事行动中的人身安全与电子通信、计算机及通信系统的安全。军用电磁屏蔽帐篷具有显著的电磁屏蔽效能及良好的导电性能，同时具有质地柔软、透气性好、耐腐蚀等特点，其生产技术居国内领先、国际先进水平。而且该系列帐篷重量轻、应用简单、安全迅速、便于空投、携带轻便，不仅适用部队使用，也可广泛应用于工业生产、科研、通信、电力、医疗、建筑及普通民用，还是抢险救灾的最佳装备。可作野外移动式屏蔽室使用，在野战环境下，可有效地抑制电子设备电磁泄漏发射，保护信息安全，增强电子设备抗电磁干扰、抗电子战攻击能力，保护信息安全。 1.3.4 电磁屏蔽室 图1.8 电

28、磁屏蔽室（1）、电磁屏蔽室的基本结构形式 电磁屏蔽室（如图1.8）是电磁兼容（emc）领域的重要内容，电磁屏蔽室是抑制电磁辐射，防止电磁污染的一种极为有效的技术手段。电磁屏蔽室与全屏蔽属于同一概念，电磁屏蔽室是一种可以将电磁场的影响抑制在一定范围之内或一定范围之外的装置。一座高效能的屏蔽室，一般认为能够抑制一定数量的电场、磁场或电磁场。 简单说来，电磁屏蔽室就是一个钢板房子，冷轧钢板是其主体屏蔽材料。包括六面壳体、门、窗等一般房屋要素，只是要求严密的电磁密封性能，并对所有进出管线作相应屏蔽处理，进而阻断电磁辐射出入。 （2）、电磁屏蔽室的主要功能： &#

29、160; 1）隔离外界电磁干扰，保证室内电子、电气设备正常工作。特别是在电子元件、电器设备的计量、测试工作中，利用电磁屏蔽室（或暗室）模拟理想电磁环境，防止无线电设备、仪器仪表等的工作受到外界电磁场的干扰，以保证低电平设备的正常调试、测量仪器的校准，提高检测结果的准确度。有效的操作灵敏度高的无线电设备与电子设备，可靠的提供一个没有电磁干扰的地方。  2）阻断室内电磁辐射向外界扩散。用来抑制无线电设备、射频设备对外界的干扰，以减少无线电设备、射频设备对附近的其他无线电设备、仪器仪表等的干扰危害；同时，保证自由空间干扰电平维持在允许水平电平以下，从而达到空间电波管理的

30、目的。强烈的电磁辐射源应予以屏蔽隔离，防止干扰其他电子、电气设备正常工作甚至损害工作人员身体健康。  3）防止电子通信设备信息泄漏，确保信息安全。为了保守国家机密，防止无线电设备泄漏出来的信号被敌人“窃听”，必须用屏蔽室来达到防泄漏的目的。电子通信信号会以电磁辐射的形式向外界传播，敌方利用监测设备即可进行截获还原。电磁屏蔽室是确保信息安全的有效措施。 4）近几年来，由于射频大功率设备的大量投入使用，射频近场防护尤为突出。屏蔽室作为抑制大强度的电磁辐射，防止射频设备对作业人员的危害与影响，防止环境污染，已经成为一种重要措施。军事指挥通信要素必须具备抵御敌方电磁干扰的

31、能力，在遭到电磁干扰攻击甚至核爆炸等极端情况下，结合其他防护要素，保护电子通信设备不受毁损、正常工作。电磁脉冲防护室就是在电磁屏蔽室的基础上，结合军事领域电磁脉冲防护的特殊要求研制开发的特殊产品。 2 电路接地设计检测设备的接地系统基于3个目的：一是减少多个电路电流流经公共阻抗产生的噪声电压；二是缩减信号回路感应磁场噪声的面积；三是消除地电位差对信号回路的不利影响。电路接地的方式一般有两种，即单点接地和多点接地。高频电路采用多点接地，直流或低频电路一般采用单点接地。2.1 单点接地在一点接地中又有串联接地和并联接地之分，如图1和图2。由于导线都具有一定阻抗，当直流或交流电流流过接地线

32、时将产生一定的电压降。这就使地线上的两点电位不相等。如图3所示的串联接地电路中r1、r2、r3分别为相应各段地线的等效电阻；i1、i2、i3则为放大器a1、a2、a3流人接地点的电流。三级放大器各接地端a，b，c的电位分别为： va =(i1+i2 +i3)r1 （2.1） vb=(i2+i3)r2 （2.2）vc=i3r3+va+vb （2.3）在图4所示的电路中，显而易见a，b，c三点的电位分别为：va =i1r1，vb =i2r2，vc=i3r3。比较以上两种接地方式可以看出，对同样放大器电路和同等地线阻抗来说，并联接地时各放大器接地点的电位更接近于地电位。且各级电路之间的信号的电流不致

33、形成相互的耦合干扰。而对串联接地如图3电路中的a点电位，除受本级电流i1的影响外，变化的i2，i3电流通过r1也将形成干扰信号，并通过a点进入放大器a1形成不应有的级间耦合。当这种级间耦合形成正反馈时，使电路稳定性降低，甚至形成自激振荡。所以在低频或直流放大器电路中采用一点并联接地方式较为适宜。一点串联接地方式虽不如并联接地合理，但由于比较简单，便于印刷电路的布线，所以在对噪声特性要求不高的电路中使用得很普遍，尤其广泛用于脉冲数字电路。2.2 多点接地多点接地方法用于高频电路。以降低接地阻抗，如图2.1所示各部分电路就近连接到板地上。所谓板地，可以是金属板条，也可以是金属机壳，板地本身的高频阻

34、抗要尽量小。因为高频电流的集肤效应，增加板地的厚度并不能减小其高频阻抗，而增加板地的表面积，或在板地的表面镀金或镀银可以减小其高频阻抗。各部分连接到板地的导线要尽量短，为的是降低其高频阻抗。 图2.1 多点接地如果把多点接地方法用于低频情况，尤其是地电流较大的情况，则因各部分的地电流都流经板地，板地阻抗会导致一定程度的相互耦合，所以其低频特性劣于并行单点接地。如何正确选择单点接地与多点接地?在低频电路中，信号的工作频率小于1 mhz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地方式。当信号工作频率大于10 mhz时，地线感抗变得很大，此时应尽量降低地线

35、感抗，采用就近多点接地方式。当工作频率在110 mhz时，如果采用一点接地方式，其地线长度不应超过波长的120，否则应采用多点接地方式。2.3混合接地方式如果各部分电路的工作频率范围很宽，既有高频分量，又有低频分量，则可以采用如图2.2所示的混合接地方式。该方式是在并行单点接地的基础上，各部分电路又用小电容就近接到板地，所以该方式综合了前两种方式的优点。对于低频地电流，小电容阻抗很大，该方式相当于并行单点接地；而对于高频地电流，小电容阻抗很小，该方式相当于多点接板地。 图2.2 混合接地方式2.4 放大器输入信号回路接地电路中不同点的电位总有或多或少的差异，如果放大器输入信号回路有多个接地点，

36、他们之间的地电位差就有可能耦合到信号回路，形成噪声。为了解决地电位差噪声引入到放大器输入端的问题，可在放大器输入信号回路中采用单点接地、差动放大、平衡差动放大等方法。所谓单点接地，指的是放大器输入信号回路只有一个接地点，或者是放大器信号输入端接地，而信号源不接地，或者是放大器输入端信号不接地，而信号源接地。图2.3 信号回路单点接地如果因为传感器及放大器的某种工程需要，信号源和放大器必须分别在不同地点分别接地，则为了削弱地电位差的不利影响，可以采用差动放大的方法。 图2.4 用差动放大器削弱地电位差的不利影响3 隔离技术在干扰早上比较严重的场合，隔离是一种非常重要的干扰措施。对于不可能实现一点

37、接地原则的场合，或者对于未安全起见两端设备必须分别接地的情况，如果测量系统中存在着较大。常用的隔离技术。3.1 变压器隔离利用变压器原边和副边之间固有的电气隔离特性，可以将系统中接地点不同的各电路之间的电器连接隔离开来。如图3.1所示，图中的地电位差ug不会形成放大器输入端的共模噪声，而有用信号us可以经变压器耦合传输到放大器输入端。此外，变压器还可以祈祷阻抗变换作用，有利于实现噪声匹配。图3.1 变压器隔离变压器隔离具有一定的局限性。对于低频信号，要求变压器的电感要大，而这回导致变压器体积太大。而且变压器绕组之间的分布电容较大，对于高频的地点位差噪声不能起到较好的隔离作用。在变压器初、次级线

38、圈之间装设接地的金属箔层可以解决分布电容问题，但要注意，屏蔽层必须适当接地才有效。 变压器隔离的一个典型应用就是应用于配电网的静止无功补偿器(dstatcom)。dstatcom既可以工作于电流控制模式,，以提高负荷电流功率因数、降低电流谐波含量和电压不平衡度，也可以工作于电压控制模式，以稳定节点电压水平。跟其它类型的并联补偿装置(fc、svc等)相比较，具有响应速度快、控制精度高、输出功率连续可调、体积小、性价比高的特点，已成为现阶段配电网无功补偿和电能质量控制的研究发展方向。通过提供快速响应的无功补偿，dstatcom能够有效抑制电弧炉、乳钢机等设备引起的电压闪变等问题。在独立配电网中，感

39、应电机启动产生的电压暂降和冲击电流会给电网带来非常严重的影响，而己有文献1证明dstatcom是缓解电压暂降的一个切实可行方案。随着新能源发电技术的不断发展，越来越多的分布式电源接入电网中，它们可能会给配电系统的电能质量带来一些问题，如电压波动、不对称、谐波等，而这些问题可能会因配电网中负荷的波动变化而加剧2，在配电网中投入dstatcom能够有效地解决这些问题。变压器隔离型dstatcom的电路结构如图3.2所示。它的基本单元(模块)是单相桥逆变器，由于变压器每相所有绕组铁心共用，所以这种拓扑结构等效于各逆变单元通过多绕组变压器并联于电网上。图3.2 变压器隔离型dstatcom主电路图由于

40、变压器起到电压隔离的作用，各逆变单元的直流电容可以共用，降低了所需直流电容容量，也避免了级联式多电平逆变器中的直流电压平衡问题，同时各逆变单元之间的绝缘等级要求也大幅下降。逆变器三相互相独立，能够分相运行，适合配电系统不平衡负荷的补偿要求。通过增加h桥数量和变压器绕组数目，容易实现高压大容量。隔离变压器高压侧的三相绕组接成三角形结构，利用零序电流的不确定性，使补偿电流的优化设计成为可能。3.2 光电耦合隔离光电耦合器也称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。所以，它在各种电路中得到广泛的应用，已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器

41、一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(led)，使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这样就完成了电光电的转换，从而达到输入、输出信号隔离的目的。由于光电耦合器输入和输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘性能和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光电耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实

42、现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。缺点是线性度不好，温度稳定性差。通过反馈控制，光电耦合器在这些方面的性能已经有所改善。常用的光耦如图3.3所示。图3.3 光电耦合器件电路图在通信系统中经常会用到光电耦合隔离。利用光耦针对通信控系统中常用的数字量i/o、模拟量i/o、通讯进行隔离处理，使测控装置与现场信号之间，弱电和强电之间仅仅保持信号的联系，但不直接发生电气的联系，系统的运行更稳定可靠。常用的通讯方式有rs232和rs485，为了提高系统的性能，必须要对通讯驱动电路进行光耦隔离处理。rs232通讯的最大传输速率为20kbit/s，采

43、用光祸tlp521就可以满足要求，但rs485通讯的最大传输速率为10mbit/s，必须采用高速光耦。3.3 隔离放大器在工业控制的信号调理电路中经常需要对信号进行放大处理。为了避免信号的相互干扰，保证测试设备和被测设备的安全，协调它们之间的电位差，提高共模抑制比，必须采用隔离放大器。比如，对于某军工产品的测试，为了避免测试设备的故障给产品造成损坏，要求测试设备和被测产品在电气上完全隔离，使得它们只能通过磁或光的耦合进行信息的传输，而没有电气上的连接。又比如，某电力测试系统中，被测的电压、电流均很大，经过分压、分流衰减后如果直接接入测控计算机，仍然会对测试设备造成很大的危害，为此要降低共模信号对信号采集精度的影响，这时也必须采取隔离措施进行信号的传送，避免直接接