模擬量共串模抑制

1、模擬量共串模抑制共串模介紹電路中的無(wú)用信號(hào)可以統(tǒng)稱(chēng)為噪聲，根據(jù)噪聲對(duì)電路作用的形態(tài)可以分為共模干擾和串模干擾兩種類(lèi)型。共模干擾是疊加在信號(hào)對(duì)地上的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線(xiàn)上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞，這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾直接疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。來(lái)源及影響噪聲來(lái)源有兩個(gè)方面，一個(gè)為電路內(nèi)部噪聲，包括以下幾種：1. 熱噪聲：電阻等由于熱能

2、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。2. 顫噪噪聲（話(huà)筒效應(yīng)噪聲）：當(dāng)設(shè)備中的電路和元器件收到機(jī)械振動(dòng)式，電路參數(shù)發(fā)生變化，產(chǎn)生噪聲電壓。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，都是不連續(xù)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。4. 閃變?cè)肼暎弘娮庸荜帢O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(xiàn)等使電路耦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。6. 熱電勢(shì)噪聲：異種金屬相接觸，有溫度差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，成為熱電勢(shì)噪

3、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，常見(jiàn)于假焊、導(dǎo)線(xiàn)連接不牢靠、開(kāi)關(guān)接點(diǎn)接觸不良等。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震蕩波而引起的噪聲。9. 自激震蕩：典型的內(nèi)部噪聲，由于在具有放大功能的電路中，輸出一部分通過(guò)耦合以正反饋方式加到輸入端。10. 反射噪聲：前后級(jí)電路不匹配，使長(zhǎng)線(xiàn)傳輸?shù)男盘?hào)在接點(diǎn)處引起反射，產(chǎn)生相移，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(guò)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)中符合，由于載流子復(fù)合式數(shù)量時(shí)多時(shí)少，導(dǎo)致集電極電流也隨

4、著起伏12. 1/f噪聲或閃爍噪聲：晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等期間在低頻段所產(chǎn)生的一種噪聲，其噪聲功率與頻率成反比增大，與半導(dǎo)體材料制作室清潔處理有關(guān)。13. 天線(xiàn)熱噪聲：天線(xiàn)本身的熱噪聲是非常小的，但是，天線(xiàn)周?chē)慕橘|(zhì)微粒處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生擾動(dòng)的電磁波輻射被天線(xiàn)吸收，又由天線(xiàn)輻射出去。當(dāng)接收與輻射的噪聲功率相等時(shí)，天線(xiàn)和周?chē)慕橘|(zhì)處于熱平衡狀態(tài)14. 電化電勢(shì)噪聲：電路中的金屬在腐蝕時(shí)產(chǎn)生的一種電池效應(yīng)。由電路外的環(huán)境帶來(lái)的噪聲稱(chēng)為外部噪聲，外部噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩種，下列前六種屬于人為噪聲，后三種為自然噪聲：1. 火花放電噪聲：汽車(chē)汽缸點(diǎn)火、繼電器觸點(diǎn)開(kāi)斷、火花式高頻設(shè)備的工作及電鉆

5、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(xiàn)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的原因；而且電暈放電過(guò)程還產(chǎn)生一種高頻振蕩，也會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生干擾，主要對(duì)載波電話(huà)、低頻航空無(wú)線(xiàn)電通訊以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾。3. 輝光放電噪聲：兩個(gè)接點(diǎn)間的氣體被電離時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種再生的、能自己維持的輝光放電，在繼電器觸點(diǎn)、開(kāi)關(guān)處發(fā)生，除了能引起高頻輻射外，還在配電線(xiàn)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，通過(guò)各種方式對(duì)其他電路產(chǎn)生干擾。

6、5. 開(kāi)關(guān)式噪聲：在開(kāi)關(guān)電路中如晶體管、可控硅開(kāi)關(guān)在工作時(shí)所產(chǎn)生的尖峰脈沖噪聲，特別是在斷開(kāi)電感負(fù)載時(shí)6. 電波噪聲：高頻電路、無(wú)線(xiàn)電廣播和通訊設(shè)備所輻射出的電磁波7. 大氣噪聲：地球上平均每秒鐘發(fā)生100次左右的雷擊電閃，每次都恩能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)騷動(dòng)，并以電磁波的形式傳播到很遠(yuǎn)，此外，對(duì)設(shè)備、電網(wǎng)輸電線(xiàn)的直接雷擊或雷電感應(yīng)，會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生幅度很高的浪涌電壓而形成更厲害的干擾8. 太陽(yáng)系噪聲：太陽(yáng)及行星所輻射的無(wú)線(xiàn)電噪聲。9. 宇宙噪聲：太陽(yáng)系外其他星系所輻射的無(wú)線(xiàn)電噪聲。根據(jù)噪聲頻率，可以分為低頻和高頻：名稱(chēng)類(lèi)別發(fā)生源性質(zhì)和特點(diǎn)低頻噪聲直流，低頻（50hz以下）熱電勢(shì)，電化電勢(shì)，低頻直流漂

7、移，大地電流的作用等很難與信號(hào)分開(kāi)市電頻率（50hz）電源線(xiàn)，電源裝置呈周期性，與市電頻率有關(guān)，對(duì)小信號(hào)模擬電路影響較大高頻噪聲脈沖性或?qū)掝l帶噪聲（50hz100Mhz）開(kāi)關(guān)電容性、電感性負(fù)載等及其他原因?qū)е码娐分须妷汉碗娏魍蛔兎却笮〖爸貜?fù)頻率都是隨機(jī)的，往往因幅度大及頻率較高容易對(duì)其他線(xiàn)路產(chǎn)生感應(yīng)高頻無(wú)線(xiàn)電波（1Mhz以上）高頻電路的輻射，無(wú)線(xiàn)電廣播及通訊設(shè)備的發(fā)射對(duì)電路產(chǎn)生電磁波感應(yīng)噪聲，或使非線(xiàn)性元件產(chǎn)生低頻成分的噪聲噪聲來(lái)源包括：串模干擾通常來(lái)自于高壓輸電線(xiàn)、與信號(hào)線(xiàn)平行鋪設(shè)的電源線(xiàn)及大電流控制線(xiàn)所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)。由傳感感器來(lái)的信號(hào)線(xiàn)有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一二百米，干擾源通過(guò)電磁感應(yīng)和靜電耦合作

8、用加上如此之長(zhǎng)的信號(hào)線(xiàn)上的感應(yīng)電壓數(shù)值是相當(dāng)可觀的。例如一路電線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)平行敷設(shè)時(shí)，信號(hào)線(xiàn)上的電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電壓分別都可達(dá)到毫伏級(jí)，然而來(lái)自傳感的有效信號(hào)電壓的動(dòng)態(tài)范圍通常僅有幾十毫伏，甚至更小。除了信號(hào)線(xiàn)引入的串模干擾外，信號(hào)源本身固有的漂移，紋波和噪聲，以及電源變壓器不良屏蔽或穩(wěn)壓濾波效果不良等也會(huì)引入串模干擾。噪聲對(duì)電路影響的表現(xiàn)形態(tài)有：靜電：靜電放電是一種自然現(xiàn)象，當(dāng)兩種不同介電強(qiáng)度的材料相互摩擦?xí)r，就會(huì)產(chǎn)生靜電電荷，當(dāng)其中一種材料上的靜電電荷積累到一定程度，在于另外一個(gè)物體接觸式，就會(huì)通過(guò)這個(gè)物體到大地的阻抗而進(jìn)行放電，靜電表現(xiàn)為共模噪聲的形式，但是靜電電壓非常大，容易使器件

9、發(fā)生損壞。電快速瞬變脈沖群：標(biāo)準(zhǔn)模擬電網(wǎng)中機(jī)械開(kāi)關(guān)對(duì)電感性負(fù)載切換時(shí)所引起的干擾。電路中機(jī)械開(kāi)關(guān)對(duì)電感性負(fù)載的切換，經(jīng)常會(huì)對(duì)同一電路中其他電器和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，特點(diǎn)，脈沖成群出現(xiàn)，重復(fù)頻率較高，上升時(shí)間短暫，單個(gè)脈沖能量較小，不會(huì)造成設(shè)備故障，但會(huì)對(duì)線(xiàn)路中半導(dǎo)體器件結(jié)電容充電，容易使設(shè)備誤動(dòng)作。脈沖群干擾實(shí)際上是加在電源線(xiàn)與參考地之間，是共模干擾。雷擊浪涌：普通物理現(xiàn)象，全世界有4萬(wàn)多個(gè)雷暴中心，每天有8百萬(wàn)次雷擊，每秒鐘有100次左右雷擊。雷擊產(chǎn)生浪涌的情況為：1.雷電直接擊中電路，這種情況下電壓是對(duì)地而言的，為共模噪聲；2.伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作用（俗稱(chēng)感

10、應(yīng)雷），通過(guò)金屬管道和電纜將雷電波（即高電位）引入，該噪聲既可能為共模噪聲，也可能為差模噪聲。雷擊浪涌干擾為高壓高能量噪聲干擾，會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。傳導(dǎo)方式及抑制噪聲耦合方式主要有五種途徑：直接傳導(dǎo)、公共阻抗耦合、電容性耦合、電感性耦合和空間電磁場(chǎng)耦合。其中內(nèi)部電路噪聲傳導(dǎo)額方式主要是直接傳導(dǎo)和公共阻抗耦合；外部噪聲耦合到電路的方式主要是電容性耦合、電感性耦合和空間電磁場(chǎng)耦合。直接傳導(dǎo)耦合噪聲經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)直接進(jìn)行傳導(dǎo)是最普遍的一種傳導(dǎo)方式，噪聲可以通過(guò)信號(hào)線(xiàn)直接傳導(dǎo)給電路，也可以通過(guò)交流或直流電源線(xiàn)直接傳導(dǎo)給電路。通過(guò)信號(hào)線(xiàn)直接傳導(dǎo)的信號(hào)一般為差模噪聲，對(duì)于直接傳導(dǎo)的差模噪聲的抑制方式：可以串

11、接濾波器，濾波器可以分為有源和無(wú)源兩種，下面介紹簡(jiǎn)單RC濾波器左圖所示為一階無(wú)源低通濾波電路，假設(shè)電壓頻率為0，不接負(fù)載時(shí)，電壓放大倍數(shù)為：當(dāng)電壓頻率為0，濾波器后端加負(fù)載RL時(shí)，電壓放大倍數(shù)為：當(dāng)輸入電壓頻率為時(shí)，負(fù)載兩端電壓放大倍數(shù)為：由公式可以看出無(wú)源濾波電路的濾波特性隨著負(fù)載而有所變換，因此更為理想的情況是在無(wú)源濾波電路和負(fù)載之間加入一個(gè)高輸入阻抗、低輸出阻抗的隔離電路，最簡(jiǎn)單的為加一個(gè)電壓跟隨器，構(gòu)成了有源濾波電路，如右圖所示，對(duì)于前面的一階RC濾波電路而言，負(fù)載為無(wú)窮大，因此頻率為0時(shí)的電壓放大倍數(shù)為1，對(duì)于頻率為的電壓放大倍數(shù)為：由公式可以看出有源濾波電路的濾波特性不隨負(fù)載而變化

12、，濾波特性比較穩(wěn)定。對(duì)于濾波器沒(méi)有有效濾除的信號(hào)，可以通過(guò)數(shù)字濾波，以工頻干擾為例，這種周期性噪聲一般常用數(shù)字濾波方式為平均值濾波法，使信號(hào)采樣時(shí)間與工頻干擾周期相同，將信號(hào)多次采樣值，可以近似將工頻干擾噪聲濾除。通過(guò)電源線(xiàn)直接傳導(dǎo)的信號(hào)一般為共模噪聲，而共模噪聲通過(guò)電路對(duì)地阻抗的不平衡可能轉(zhuǎn)換成差模噪聲。如圖所示，共模干擾VC通過(guò)輸入電路中的不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)化成Z5兩端的串模干擾，疊加的串模干擾信號(hào)為通過(guò)公式可以看出，為了減少共模噪聲轉(zhuǎn)換成差模噪聲大小，可以設(shè)法使電路成為平衡回路，即可以使Z1=Z2，Z3=Z4，但是實(shí)際電路回路中通常很難做到電路的完全對(duì)稱(chēng)，為了使上述噪聲最小，可以使括號(hào)里面兩項(xiàng)近似

13、相等，當(dāng)Z4>>Z1，Z3>>Z2時(shí)可以實(shí)現(xiàn)噪聲為0，因此可以通過(guò)增大信號(hào)對(duì)地阻抗來(lái)減少共模噪聲對(duì)采樣信號(hào)的影響。公共阻抗耦合由公共阻抗耦合噪聲原理如左圖，回路1和回路2對(duì)地有公共阻抗R，當(dāng)回路1有電流波動(dòng)，大小為I時(shí)，導(dǎo)致公共阻抗上壓降波動(dòng)為IR，該壓降使回路2對(duì)地電平波動(dòng)IR，即在回路2上疊加了噪聲IR。抑制方式為：減小公共阻抗，如右圖所示，當(dāng)公共阻抗為0時(shí)，回路1的電流波動(dòng)不會(huì)對(duì)回路2造成影響。為了減小公共阻抗，在接地時(shí)需要遵守一定的規(guī)則，常見(jiàn)的接地方式有：?jiǎn)吸c(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地，單點(diǎn)接地有單點(diǎn)串聯(lián)接地和單點(diǎn)并聯(lián)接地之分。左圖為單點(diǎn)串聯(lián)接地連接方式，由圖中可

14、以看出，回路1的參考電平點(diǎn)為A點(diǎn)，回路2的參考電平點(diǎn)為B點(diǎn)，回路3的參考電平點(diǎn)為C點(diǎn)，A、B、C點(diǎn)電平分別為：VA=R1(I1+I2+I3)VB=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)VC=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)+R3I3由此可見(jiàn)單點(diǎn)串聯(lián)方式接地時(shí)，由于串聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)阻抗的影響，各個(gè)串聯(lián)回路間參考電平值不一致，影響電路，因此單點(diǎn)接地時(shí)需要使用右圖所示單點(diǎn)并聯(lián)接地方式，并且要保證公共阻抗R4盡量小。圖示為多點(diǎn)接地示意圖，各個(gè)電路就近單點(diǎn)接地，并將公共接地點(diǎn)使用低阻抗導(dǎo)線(xiàn)連接，以便使接地線(xiàn)的長(zhǎng)度最短。混合接地：?jiǎn)吸c(diǎn)接地和多點(diǎn)接地混合。將需要就近接地的點(diǎn)直接與接地平面相連，而其

15、他點(diǎn)采用單點(diǎn)接地的方法。電容性耦合電容性耦合噪聲介紹：也稱(chēng)靜電耦合，噪聲電壓通過(guò)分布電容進(jìn)行傳導(dǎo)，傳導(dǎo)感應(yīng)的噪聲電壓:(1)當(dāng)噪聲頻率很低時(shí)，RL阻抗遠(yuǎn)小于CL和Cs的阻抗，則式(1)為：(2)式(2)為導(dǎo)線(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)電容性耦合噪聲的一個(gè)重要公式，由此可以看出低頻噪聲傳導(dǎo)過(guò)程中影響感應(yīng)噪聲電壓的因素為受感應(yīng)導(dǎo)體對(duì)地分布電阻RL，噪聲導(dǎo)體和受感應(yīng)導(dǎo)體之間分布電容CS，噪聲頻率f。對(duì)于低頻噪聲，為了減小耦合噪聲，可以降低導(dǎo)體對(duì)地分布電阻RL，降低兩者之間的分布電容，降低噪聲頻率。對(duì)于高頻噪聲，RL阻抗遠(yuǎn)大于CL和Cs的阻抗，則式（1）為對(duì)于高頻噪聲，可以通過(guò)減小分布電容或者增大受感應(yīng)導(dǎo)體對(duì)地電容來(lái)減小

16、噪聲。感應(yīng)的噪聲電壓Un的頻率特性如下圖所示。電容性耦合噪聲大小與噪聲頻率成正比；與受感體對(duì)地阻抗成正比；與兩者之間分布電容成正比；與噪聲源成正比。對(duì)于電容性耦合噪聲的抑制方式為：1.降低肇事電路的電源電壓和工作頻率。2.增大線(xiàn)間距離。3.將受干擾導(dǎo)線(xiàn)盡可能靠近參考地。4.對(duì)長(zhǎng)線(xiàn)最好以90°交叉布線(xiàn)，使線(xiàn)路間分布電容最小。5.數(shù)字電路的串?dāng)_通常是由于阻抗不匹配引起反射的，要檢測(cè)線(xiàn)路的匹配情況。6.采用屏蔽層，接地良好，屏蔽層要完整，當(dāng)干擾電壓頻率較高時(shí)，多點(diǎn)接地。7.降低敏感線(xiàn)路輸入阻抗。CMOS電路輸入阻抗很高，與靜電容分壓后，干擾信號(hào)加到CMOS電路輸入端子上的值很高?？梢栽貱M

17、OS電路的入口端對(duì)地并聯(lián)一個(gè)電容或一個(gè)阻值較低的電阻。8.敏感電路采用平衡線(xiàn)路做輸入，不接地，這樣干擾源對(duì)平衡線(xiàn)路入口施加的是共模電壓。9.采用光纜解決由分布電容引起的串?dāng)_。靜電屏蔽的原理為：在兩者之間插入一塊接地的金屬屏蔽板，則可以形成兩個(gè)新的分布電容Cs和Cd，其中Cs被屏蔽板短接到地，不會(huì)產(chǎn)生影響。Cd和CL對(duì)地并聯(lián)，由于要繞過(guò)屏蔽板，因此剩余電容Cs'遠(yuǎn)小于原Cs值，屏蔽后的感應(yīng)噪聲電壓為：低頻噪聲：高頻噪聲屏蔽時(shí)，需注意：1.屏蔽板要靠近受保護(hù)的物體，接地良好，目的增大Cd；2.屏蔽板形狀影響，全封閉的金屬盒有最好的電廠屏蔽效果，而一個(gè)開(kāi)了孔或帶縫隙的屏蔽盒，效果受到不同程度

18、的影響，主要影響剩余電容Cs'；3.材料以良導(dǎo)體為好，但對(duì)厚度無(wú)要求。電感性耦合當(dāng)回路1有電流I1流過(guò)時(shí)，不僅會(huì)在回路1中產(chǎn)生磁通，而且會(huì)在回路2中產(chǎn)生磁通12?；芈?中的磁通量與電流I1之間通過(guò)一個(gè)系數(shù)M來(lái)確定，這個(gè)M就是互感當(dāng)該磁通變化時(shí)，在回路2中產(chǎn)生了感應(yīng)電壓可見(jiàn)電感性耦合噪聲大小和兩者之間的互感以及噪聲源電流隨時(shí)間變化率有很大關(guān)系。因此可以通過(guò)以下方法降低耦合噪聲：1.降低肇事源的電壓和電流。2.工作頻率低。3.使用上升和下降時(shí)間都較長(zhǎng)的數(shù)字波形。4.使用屏蔽電纜，包括雙絞線(xiàn)和同軸電纜。5.減小干擾源和敏感電路的環(huán)路面積，使用雙絞線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)。6.增大線(xiàn)間距離，使干擾源與受感應(yīng)

19、線(xiàn)路之間互感盡可能小。7.采用差分放大器，使兩引線(xiàn)中共模電流作用抵消。8.使干擾源的線(xiàn)路與受感應(yīng)線(xiàn)路呈直角布線(xiàn)。對(duì)噪聲源做磁屏蔽處理原理：當(dāng)線(xiàn)圈內(nèi)有交變電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交變磁通，該磁通在低電阻的屏蔽材料內(nèi)產(chǎn)生渦流（即感應(yīng)電流），該渦流產(chǎn)生的磁通方向和源磁通的方向相反，互相抵消，隔離了磁通向外泄漏，從而抑制了通過(guò)電感性耦合的傳播，同軸電纜的屏蔽原理與此相同， 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之超高頻的頻段。有如下幾點(diǎn)應(yīng)該注意：1）對(duì)噪聲源的屏蔽，實(shí)際利用變化磁通在低阻抗回路感應(yīng)出反向變化的磁通來(lái)減少原磁通外泄。2

20、）對(duì)噪聲源的電磁屏蔽本身不需要接地，但接地也無(wú)妨，為同時(shí)具有靜電屏蔽的效能，一般電磁屏蔽也接地。3）嚴(yán)格的電磁屏蔽（如高頻）必須沒(méi)有縫隙地嚴(yán)密地包圍受屏蔽體，如果有縫隙的話(huà)，阻止渦流的流動(dòng)，影響屏蔽的效果（但對(duì)低頻，要求不嚴(yán)）。而靜電屏蔽的要求不那么高，屏蔽體上有縫隙幾乎對(duì)屏蔽沒(méi)有影響。當(dāng)磁屏蔽兩端都接地時(shí)，電流回路除了感應(yīng)渦流外還有部分電流通過(guò)地平面返回，電流關(guān)系為：因此I2<I，產(chǎn)生的抵消磁通比原來(lái)小。屏蔽體有一個(gè)截止頻率，其中Rs和Ls分別為屏蔽體的電阻和電感。沿接地環(huán)路A-B-C-D-A，可列出方程式：式中M為屏蔽體與中心導(dǎo)體間的互感，其值等于Ls,代入得：由上式可知，當(dāng)導(dǎo)體中流

21、經(jīng)的電流頻率遠(yuǎn)大于截止頻率C=RS/LS時(shí)，絕大部分電流流過(guò)屏蔽體，屏蔽效果很好。當(dāng)頻率低于5C時(shí)，大部分電流從地面返回，屏蔽作用較小（所以低頻時(shí)，不宜兩端接地）。大多數(shù)電纜的截止頻率在數(shù)千赫到數(shù)十千赫之間。我們常用屏蔽導(dǎo)線(xiàn)來(lái)防止外界磁通對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的影響，其實(shí)這不是利用屏蔽體的磁屏蔽特性實(shí)現(xiàn)屏蔽的，而是將非磁性屏蔽體包在導(dǎo)體周?chē)?，并讓它成為流?jīng)導(dǎo)線(xiàn)返回電流的一個(gè)通路，起到使電流的回路所包圍的面積最小，使接收外界磁通影響為最小。當(dāng)線(xiàn)路較長(zhǎng)時(shí)，這樣做由于兩端的地電位差也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。使用雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽原理：左圖為對(duì)噪聲源進(jìn)行雙絞線(xiàn)屏蔽噪聲原理，當(dāng)噪聲源有噪聲信號(hào)回路時(shí)，將兩條電流反向的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行扭

22、絞，每一個(gè)節(jié)環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生的磁通都和相鄰節(jié)環(huán)產(chǎn)生的磁通方向相反，對(duì)于環(huán)外而言，由相鄰的方向相反磁通相互抵消，因此不會(huì)有泄漏到環(huán)外的磁通。右圖為對(duì)受感應(yīng)導(dǎo)體進(jìn)行雙絞線(xiàn)屏蔽噪聲原理，當(dāng)外部噪聲回路對(duì)該電路感應(yīng)產(chǎn)生變化磁通時(shí)，在每個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)都感應(yīng)出方向相同的感應(yīng)電流，由于同一根信號(hào)線(xiàn)在相鄰環(huán)節(jié)上的感應(yīng)電流方向相反，大小相同，因此噪聲在整條導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)電流的平均值為0，可以有效避免外界磁干擾對(duì)信號(hào)的影響。雙絞線(xiàn)的屏蔽效果隨每單位長(zhǎng)度的絞合數(shù)的增加而提高。噪聲衰減度指平行導(dǎo)線(xiàn)時(shí)的干擾磁場(chǎng)值和采用雙絞線(xiàn)后的干擾磁場(chǎng)值之比，雙絞線(xiàn)再加金屬編織網(wǎng)屏蔽就可以克服雙絞線(xiàn)易受靜電感應(yīng)的缺點(diǎn)。高電壓回路，容易成為電容性耦合的

23、噪聲源；大電流回路，容易成為電感性耦合的噪聲源。電容性耦合噪聲對(duì)受影響的電路是屬于共模噪聲；電感性耦合噪聲對(duì)受影響的電路是屬于串模噪聲。電磁場(chǎng)耦合電容性耦合和電感性耦合為電磁場(chǎng)耦合的近場(chǎng)耦合部分，當(dāng)噪聲源和受影響電路之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，輻射稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)輻射，遠(yuǎn)場(chǎng)輻射主要通過(guò)能量對(duì)線(xiàn)路產(chǎn)生干擾，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的分界距離為/2（為電磁波的波長(zhǎng)）。對(duì)近場(chǎng)而言，波阻抗取決于干擾源的特性以及離干擾源的距離。如干擾源為大電流低電壓的情況，則近場(chǎng)主要為磁場(chǎng)，波阻抗呈低阻抗特性，以電感性耦合的噪聲為主。如干擾源為高電壓小電流的情況，則近場(chǎng)主要為電場(chǎng)，波阻抗呈高阻抗特性，以電容性耦合的噪聲為主。令式中r-干擾源和觀察點(diǎn)之間

24、的距離； - 電磁波的波長(zhǎng)。在近場(chǎng)時(shí)，干擾源主要為電場(chǎng)時(shí)波阻抗為：干擾源主要為磁場(chǎng)時(shí)波阻抗為：在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，波阻抗Z=E/H在自由空間是一個(gè)常數(shù)為120，即377歐。所以只要測(cè)出一個(gè)場(chǎng)的強(qiáng)度，另一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)就可以計(jì)算出來(lái)。對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)輻射，電磁場(chǎng)主要由交變電磁場(chǎng)向外輻射，一根金屬導(dǎo)線(xiàn)在輻射的電磁場(chǎng)里，就象一根天線(xiàn)，在導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U式中heef -比例常數(shù)，也稱(chēng)天線(xiàn)的有效高度。對(duì)于電磁場(chǎng)耦合的抑制也可以采用屏蔽進(jìn)行，屏蔽原理為：使用金屬板對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，則金屬屏蔽體對(duì)入射電磁波的衰減過(guò)程如下圖所示。電磁波在屏蔽層表面有一部分反射，在通過(guò)屏蔽層過(guò)程中有一部分吸收損耗，在屏蔽層后壁上又有一次反射，從而對(duì)入射電磁波產(chǎn)生衰減。噪聲影響的量化及測(cè)試對(duì)于干擾對(duì)電路影響的量化方式：用共模干擾抑制比CMRR和串模干擾抑制比SMRR來(lái)表示抗共模、串模干擾的能力，其定義為：CMRR=20 lg(Uc/U)(dB)式中：Uc共模干擾的直流或交流峰值電壓，單位：V； U施加共模干擾電壓前后的示值變化所對(duì)應(yīng)的電量值變化，單位：V。SMRR=20 lg(Us/