第三章信息提取過程中的干擾與噪聲-生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課件

第三章第三章1信息提取過程中的干擾與噪聲由于生物醫(yī)學(xué)信號一般很微弱，因此測試系統(tǒng)必須有較高的靈敏度。而靈敏度越高，也更容易把干擾引入測試系統(tǒng)。除了與信號同時(shí)存在的干擾以外，測試系統(tǒng)本身也有噪聲。干擾和噪聲是電子設(shè)計(jì)開始時(shí)就必須考慮的環(huán)節(jié)。信息提取過程中的干擾與噪聲由于生物醫(yī)學(xué)信號一般很微弱，因此測2電磁兼容(EMC)電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。電磁兼容(EMC)電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)3電磁干擾1.干擾的引入干擾的形成包括：干擾源、耦合通道（即引入方式）、敏感電路（即接受電路）。

電磁干擾1.干擾的引入4能產(chǎn)生一定的電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備叫干擾源。自然界的宇宙射線、太陽輻射、太陽黑子產(chǎn)生的周期電擾動(dòng)。周圍電氣、電子設(shè)備的各種放電現(xiàn)象電容電感過渡過程的瞬變電壓…...最主要的是220v交流電源的50Hz干擾源。因?yàn)樯镫姶蠖及?0Hz頻率成分。（1）干擾源能產(chǎn)生一定的電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備叫干擾5生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身就是強(qiáng)的電磁干擾源。如：高能量的治療機(jī)和精密的測量儀器并用時(shí)，治療機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)的干擾可造成精密測量儀器的誤動(dòng)作、誤輸出。如電刀、激光刀、除顫器等。生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身就是強(qiáng)的電磁干擾源。6（2）干擾耦合途徑1.傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳播把干擾引入測試系統(tǒng)，稱為傳導(dǎo)耦合。交流電源線、測試系統(tǒng)中的長線都能引起傳導(dǎo)耦合。它們都具有天線的效果，能夠廣泛拾取空間的干擾引入測試系統(tǒng)。（2）干擾耦合途徑1.傳導(dǎo)耦合72.經(jīng)公共阻抗耦合在測試系統(tǒng)內(nèi)部各單元間，或兩種測試系統(tǒng)之間存在公共阻抗。

2.經(jīng)公共阻抗耦合8當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，由于地線的阻抗，一個(gè)電路的地電位會受另一個(gè)電路工作電流的調(diào)制。這樣一個(gè)電路中的信號會耦合進(jìn)另一個(gè)電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合。

當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，由于地線的阻抗，一個(gè)電路的地電位會9由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該電壓通過各種地回路感應(yīng)到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾。

由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路10接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱為地電壓，這是由于兩接地點(diǎn)間總有一定的阻抗，地電流在該公共阻抗上產(chǎn)生了地電壓，該電壓直接加到電路上在為共模干擾電壓。接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱11圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個(gè)共有阻抗Zi，在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓Ui=ZiI1+ZiI2，對回路2而言ZiI1是電磁干擾壓降

圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個(gè)共有阻抗Zi12

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)

一個(gè)是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。通過適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線。

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)

一個(gè)是減小公共地線部分的阻13可以將電路按照強(qiáng)信號，弱信號，模擬信號，數(shù)字信號等分類，然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類型的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。（詳述見后）

可以將電路按照強(qiáng)信號，弱信號，模擬信號，數(shù)字信號等分類，然后143.電場和磁場耦合在場源附近，場的特性主要取決于場源的性質(zhì)。在遠(yuǎn)離場源的地方，場的性質(zhì)主要取決于場傳播時(shí)所經(jīng)過的介質(zhì)。設(shè)為波長，當(dāng)距離大于，稱為遠(yuǎn)場，小于此稱為近場。3.電場和磁場耦合15近場感應(yīng)耦合由于電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁場，所以凡帶電的元件、導(dǎo)線都能形成電磁場。近場感應(yīng)耦合16電容性耦合在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和元件之間都存在分布電容。一個(gè)導(dǎo)體上電壓或干擾成分通過分布電容使其他導(dǎo)體電位受到影響，這種現(xiàn)象叫做電容性耦合。電容性耦合17容性耦合電磁環(huán)境中，通過電場干擾源與人體之間的分布電容，使人體本身攜帶干擾電壓。主要為工頻50Hz電磁場：測試系統(tǒng)所用市電，病房和手術(shù)照明等。容性耦合電磁環(huán)境中，通過電場干擾源與人體之間的分布電容，使人18可見人體攜帶的50Hz干擾電壓，完全淹沒生物電信號。可見人體攜帶的50Hz干擾電壓，完全淹沒生物電信號。19減少電容性耦合的常用的方法是采用屏蔽導(dǎo)線。減少電容性耦合的常用的方法是采用屏蔽導(dǎo)線。20當(dāng)電流I在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通。，L為電感。L的大小取決于回路的幾何形狀及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)。當(dāng)一個(gè)回路的電流產(chǎn)生的磁通穿過另一個(gè)電路回路時(shí)，產(chǎn)生互感。即回路1的電流在回路2中產(chǎn)生磁通。如果這個(gè)磁通隨時(shí)間變化，那么電路中變感應(yīng)出電壓。兩個(gè)回路的電感性耦合又叫磁耦合。電感性耦合當(dāng)電流I在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通21感應(yīng)電壓大小與閉合回路面積A呈正比，為磁通與面積法線的夾角。為了減小，采用絞合線的走線方式，每個(gè)絞合結(jié)構(gòu)的微小面積所引起的感應(yīng)電壓大體相等，由于絞合結(jié)構(gòu)方向相反，而使局部的感應(yīng)電壓相互抵消。盡量減小面積A和.盡量使回路平面與干擾回路平面垂直。并使信號線貼近地平面布線，以減小回路的閉合面積。感應(yīng)電壓大小與閉合回路面積A呈正比22抑制干擾：合理接地與屏蔽合理接地與屏蔽是抑制干擾的主要方法。接地指印刷板上的局部電路中和測試系統(tǒng)整機(jī)中地線的布置。從安全的角度考慮，合理接地也是十分重要的。抑制干擾：合理接地與屏蔽合理接地與屏蔽是抑制干擾的主要方法。23系統(tǒng)中的接地線分為兩類。一是安全接地，稱為保護(hù)接地；保護(hù)地線必須是大地地位。一是工作接地，即對信號電壓設(shè)立基準(zhǔn)電位。工作地線可以是大地地位也可以不是。系統(tǒng)中的接地線分為兩類。24一般電子儀器設(shè)備，為了安全，機(jī)殼都應(yīng)接地。目的是使人經(jīng)常接觸的機(jī)殼保持零電位。機(jī)殼的電位是由于雜散阻抗形成漏電通路甚至產(chǎn)生絕緣擊穿的偶然情況形成的。一般電子儀器設(shè)備，為了安全，機(jī)殼都應(yīng)接地。目的是使人經(jīng)常接觸25生物醫(yī)學(xué)測量中，大多情況是數(shù)臺電子設(shè)備用于人體同時(shí)工作。數(shù)臺同時(shí)并用，接地可能是：分別單獨(dú)接地，或者共用一條接地線。生物醫(yī)學(xué)測量中，大多情況是數(shù)臺電子設(shè)備用于人體同時(shí)工作。26接地方式

接地方式

27浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕緣，一種情況是使接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會傳導(dǎo)到設(shè)備。另一種情況是在有些電子設(shè)備中，為了防止機(jī)箱上的干擾電流直接耦合到信號電路，有意使電路單元的信號線與設(shè)備機(jī)箱絕緣。采用浮地的設(shè)備、單元容易受空間耦合干擾，注意采用電磁屏蔽技術(shù)。

浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕28共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

電路1、電路2、電路3各自到接地面的接地線長短不同（接地阻抗不同），各電路的接地點(diǎn)的電位均不為零且各不相同，且受其他電路電流影響。最不適用。但由于該電路比較簡單，用的場合仍然較多，當(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)可以使用。若各電路的電平相差很大，則不能使用，因?yàn)楦唠娖诫娐穼a(chǎn)生很大的地電流，形成大的地電位差并干擾到低電平電路。使用該接地方式時(shí)，要把低電平電路放在距接地點(diǎn)最近的地方。共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

電路1、電路2、電路3各自到接地面的29獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)是各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗有關(guān)，不受其它電路的影響。缺點(diǎn)：第一，需要多根地線，比較麻煩。由于分別接地，勢必會增加地線長度，從而增加了地線阻抗。會造成各地線相互間的耦合，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容耦合都會增大；

獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)是各電路的地電位只與本電路的地電流及30第二，只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長λ=c/f縮小到可與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度比擬時(shí)，就不能再用這種接地方式了。因?yàn)椋寒?dāng)?shù)鼐€的長度接近于λ/4時(shí)，它就象一根終端短路的傳輸線，此時(shí)不僅起不到接地作用，而且地線將有很強(qiáng)的天線效應(yīng)向外輻射干擾信號，所以一般要求地線長度不應(yīng)超過信號波長的1/20。第二，只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以31多點(diǎn)接地這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)是接地線較短，適用于高頻情況，其缺點(diǎn)是形成各種地線回路，造成地環(huán)路干擾，這對設(shè)備內(nèi)同時(shí)使用的具有較低頻率的電路會產(chǎn)生不良影響。

多點(diǎn)接地32混合接地方式如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地，而在高頻時(shí)又需采用多點(diǎn)接地，此時(shí)，可采用混合接地方式。在低頻時(shí)，電容的阻抗較大，故電路為單點(diǎn)接地方式，但在高頻時(shí)，電容阻抗較低，故電路成為兩點(diǎn)接地方式，因此這種接地方式適用于工作于寬頻帶的電路。

混合接地方式如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地33總的來說，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。一般情況，頻率在1MHz以下采用單點(diǎn)接地方式；頻率高于10MHz采用多點(diǎn)接地方式；頻率在1MHz~10MHz之間，采用混合接地，如采用單點(diǎn)接地，其地線長度不得超過0.05λ(波長)。

總的來說，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。34電磁兼容的接地要求a．接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點(diǎn)。b．接地線、接地面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的寬度和厚度，接地線應(yīng)短而粗、接地面的面積應(yīng)盡可能大，以保證在所有頻率（尤其是高頻部分）上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。c．良好的接地要求盡量減低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓，同時(shí)還要盡量避免形成不必要的地回路。d．?dāng)?shù)字信號地與模擬信號地分開設(shè)計(jì)，大電流信號地與邏輯小信號地分開設(shè)計(jì)。

電磁兼容的接地要求a．接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)35屏蔽

屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種。屏蔽有兩個(gè)目的：a、限制設(shè)備內(nèi)輻射的電磁能量泄露到外部；b．防止外來的輻射干擾進(jìn)入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。

屏蔽

屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種。36a、電場屏蔽法最簡單的措施是在感應(yīng)源與受感器之間用金屬隔板接地，以抑制寄生電容耦合，實(shí)現(xiàn)電場屏蔽。對電場干擾較強(qiáng)的，則用高導(dǎo)電率金屬罩接地效果更好。

a、電場屏蔽法最簡單的措施是在感應(yīng)源與受感器之間用金屬隔板接37b、磁場屏蔽法對磁場可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽。b、磁場屏蔽法對磁場可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽。38當(dāng)要屏蔽的磁場很強(qiáng)時(shí)，屏蔽材料會發(fā)生飽和，一旦發(fā)生飽和，就將喪失屏蔽效能。遇到這種情況，可采用雙層屏蔽，第一層采用低導(dǎo)磁率材料，不易飽和；第二層采用高導(dǎo)磁率材料，但易飽和。第一層屏蔽先將磁場衰減到適當(dāng)強(qiáng)度，使第二層屏蔽不會飽和，而使高導(dǎo)磁率材料能充分發(fā)揮屏蔽效果。當(dāng)要屏蔽的磁場很強(qiáng)時(shí)，屏蔽材料會發(fā)生飽和，一旦發(fā)生飽和，就將39信號提取中的噪聲把系統(tǒng)內(nèi)部由器件、材料、不見的物理因素產(chǎn)生的自然擾動(dòng)叫噪聲。是電路內(nèi)固有的，不能用屏蔽、接地等方法消除。通過對噪聲過程的分析，進(jìn)行合理的低噪聲電路設(shè)計(jì)，可使噪聲降到最低限度。信號提取中的噪聲把系統(tǒng)內(nèi)部由器件、材料、不見的物理因素產(chǎn)生的40主要噪聲類型1.1/f噪聲（低頻噪聲）接觸噪聲凡兩種材料之間不完全接觸，形成起伏的導(dǎo)電率便產(chǎn)生1/f噪聲。主要噪聲類型1.1/f噪聲（低頻噪聲）接觸噪聲412熱噪聲熱噪聲是由導(dǎo)體中載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的。任何處于絕對零度以上的導(dǎo)體中，電子都在做隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)。每個(gè)電子都攜帶電荷，因此電子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為導(dǎo)體中電流的波動(dòng)。長時(shí)間看來，這些波動(dòng)產(chǎn)生的電流為0，但某一瞬時(shí)，并不為0，因此在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生壓降，稱做噪聲電壓。2熱噪聲423散粒噪聲半導(dǎo)體器件中，載流子的產(chǎn)生與消失的隨機(jī)性，使得流動(dòng)的載流子數(shù)目發(fā)射功能波動(dòng)，從而引起電流瞬時(shí)漲落，稱為散粒噪聲。3散粒噪聲43熱噪聲的抑制電氣設(shè)備內(nèi)部的元器件在工作時(shí)會產(chǎn)生熱量而使設(shè)備內(nèi)部溫度升高，反過來環(huán)境溫度的升高促使元器件產(chǎn)生更大的噪聲電壓。產(chǎn)生噪聲電壓的元器件有電阻器、半導(dǎo)體器件、變壓器、電感線圈、發(fā)光器件等。針對熱噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，我們可以采取如下幾種措施：熱噪聲的抑制電氣設(shè)備內(nèi)部的元器件在工作時(shí)會產(chǎn)生熱量而使設(shè)備44（1）熱屏蔽熱屏蔽就是把發(fā)熱點(diǎn)用一種特殊的導(dǎo)熱性能良好的材料做成的屏蔽罩“包圍”（就像電磁屏蔽一樣）起來，使其所產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達(dá)到平衡使溫度場恒定，從而達(dá)到減?。ɑ驔]有）溫度的變化，以抑制因溫度的變化所帶來的噪聲干擾。（1）熱屏蔽45（2）熱隔離熱隔離就是把那些易產(chǎn)生熱量的元器件與那些對溫度變化比較敏感的元器件用絕熱性能好的材料隔離開。例如，若在同一控制箱內(nèi)具有較大發(fā)熱量的元器件和對溫度較敏感的元器件的情況下，可在這二者之間加裝隔熱板，降低熱輻射及熱傳導(dǎo)，以達(dá)到抑制因溫度升高而引起的噪聲干擾。（2）熱隔離熱隔離就是把那些易產(chǎn)生熱量的元器件與那些對溫度變46（3）強(qiáng)制散熱強(qiáng)制散熱就是采用人工的方法，強(qiáng)制降低電氣設(shè)備內(nèi)部及其大功率器件的溫度。一般來說，對于功率半導(dǎo)體器件應(yīng)加裝散熱器。對于發(fā)熱較大的電氣設(shè)備應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，以達(dá)到降低溫度從而起到抑制熱噪聲的作用。（3）強(qiáng)制散熱強(qiáng)制散熱就是采用人工的方法，強(qiáng)制降低電氣設(shè)備內(nèi)47散粒噪聲的抑制散粒噪聲是由元器件的固有性能所決定的，，是一個(gè)客觀存在，設(shè)計(jì)人員只有更多地掌握元器件信息，不斷地反復(fù)試驗(yàn)，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，選擇性價(jià)比最高的元器件，以取得最佳的抑制噪聲的效果。散粒噪聲的抑制散粒噪聲是由元器件的固有性能所決定的，，是一48接觸噪聲的抑制接觸噪聲的抑制仍然是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，只有不斷地實(shí)踐摸索，才能夠總結(jié)出抑制接觸噪聲的經(jīng)驗(yàn)，才能夠把接觸噪聲降到最低點(diǎn)。接觸噪聲的抑制接觸噪聲的抑制仍然是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，只49第三章第三章50信息提取過程中的干擾與噪聲由于生物醫(yī)學(xué)信號一般很微弱，因此測試系統(tǒng)必須有較高的靈敏度。而靈敏度越高，也更容易把干擾引入測試系統(tǒng)。除了與信號同時(shí)存在的干擾以外，測試系統(tǒng)本身也有噪聲。干擾和噪聲是電子設(shè)計(jì)開始時(shí)就必須考慮的環(huán)節(jié)。信息提取過程中的干擾與噪聲由于生物醫(yī)學(xué)信號一般很微弱，因此測51電磁兼容(EMC)電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。電磁兼容(EMC)電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)52電磁干擾1.干擾的引入干擾的形成包括：干擾源、耦合通道（即引入方式）、敏感電路（即接受電路）。

電磁干擾1.干擾的引入53能產(chǎn)生一定的電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備叫干擾源。自然界的宇宙射線、太陽輻射、太陽黑子產(chǎn)生的周期電擾動(dòng)。周圍電氣、電子設(shè)備的各種放電現(xiàn)象電容電感過渡過程的瞬變電壓…...最主要的是220v交流電源的50Hz干擾源。因?yàn)樯镫姶蠖及?0Hz頻率成分。（1）干擾源能產(chǎn)生一定的電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備叫干擾54生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身就是強(qiáng)的電磁干擾源。如：高能量的治療機(jī)和精密的測量儀器并用時(shí)，治療機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)的干擾可造成精密測量儀器的誤動(dòng)作、誤輸出。如電刀、激光刀、除顫器等。生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身就是強(qiáng)的電磁干擾源。55（2）干擾耦合途徑1.傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳播把干擾引入測試系統(tǒng)，稱為傳導(dǎo)耦合。交流電源線、測試系統(tǒng)中的長線都能引起傳導(dǎo)耦合。它們都具有天線的效果，能夠廣泛拾取空間的干擾引入測試系統(tǒng)。（2）干擾耦合途徑1.傳導(dǎo)耦合562.經(jīng)公共阻抗耦合在測試系統(tǒng)內(nèi)部各單元間，或兩種測試系統(tǒng)之間存在公共阻抗。

2.經(jīng)公共阻抗耦合57當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，由于地線的阻抗，一個(gè)電路的地電位會受另一個(gè)電路工作電流的調(diào)制。這樣一個(gè)電路中的信號會耦合進(jìn)另一個(gè)電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合。

當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，由于地線的阻抗，一個(gè)電路的地電位會58由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該電壓通過各種地回路感應(yīng)到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾。

由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路59接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱為地電壓，這是由于兩接地點(diǎn)間總有一定的阻抗，地電流在該公共阻抗上產(chǎn)生了地電壓，該電壓直接加到電路上在為共模干擾電壓。接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱60圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個(gè)共有阻抗Zi，在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓Ui=ZiI1+ZiI2，對回路2而言ZiI1是電磁干擾壓降

圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個(gè)共有阻抗Zi61

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)

一個(gè)是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。通過適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線。

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)

一個(gè)是減小公共地線部分的阻62可以將電路按照強(qiáng)信號，弱信號，模擬信號，數(shù)字信號等分類，然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類型的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。（詳述見后）

可以將電路按照強(qiáng)信號，弱信號，模擬信號，數(shù)字信號等分類，然后633.電場和磁場耦合在場源附近，場的特性主要取決于場源的性質(zhì)。在遠(yuǎn)離場源的地方，場的性質(zhì)主要取決于場傳播時(shí)所經(jīng)過的介質(zhì)。設(shè)為波長，當(dāng)距離大于，稱為遠(yuǎn)場，小于此稱為近場。3.電場和磁場耦合64近場感應(yīng)耦合由于電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁場，所以凡帶電的元件、導(dǎo)線都能形成電磁場。近場感應(yīng)耦合65電容性耦合在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和元件之間都存在分布電容。一個(gè)導(dǎo)體上電壓或干擾成分通過分布電容使其他導(dǎo)體電位受到影響，這種現(xiàn)象叫做電容性耦合。電容性耦合66容性耦合電磁環(huán)境中，通過電場干擾源與人體之間的分布電容，使人體本身攜帶干擾電壓。主要為工頻50Hz電磁場：測試系統(tǒng)所用市電，病房和手術(shù)照明等。容性耦合電磁環(huán)境中，通過電場干擾源與人體之間的分布電容，使人67可見人體攜帶的50Hz干擾電壓，完全淹沒生物電信號?？梢娙梭w攜帶的50Hz干擾電壓，完全淹沒生物電信號。68減少電容性耦合的常用的方法是采用屏蔽導(dǎo)線。減少電容性耦合的常用的方法是采用屏蔽導(dǎo)線。69當(dāng)電流I在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通。，L為電感。L的大小取決于回路的幾何形狀及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)。當(dāng)一個(gè)回路的電流產(chǎn)生的磁通穿過另一個(gè)電路回路時(shí)，產(chǎn)生互感。即回路1的電流在回路2中產(chǎn)生磁通。如果這個(gè)磁通隨時(shí)間變化，那么電路中變感應(yīng)出電壓。兩個(gè)回路的電感性耦合又叫磁耦合。電感性耦合當(dāng)電流I在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通70感應(yīng)電壓大小與閉合回路面積A呈正比，為磁通與面積法線的夾角。為了減小，采用絞合線的走線方式，每個(gè)絞合結(jié)構(gòu)的微小面積所引起的感應(yīng)電壓大體相等，由于絞合結(jié)構(gòu)方向相反，而使局部的感應(yīng)電壓相互抵消。盡量減小面積A和.盡量使回路平面與干擾回路平面垂直。并使信號線貼近地平面布線，以減小回路的閉合面積。感應(yīng)電壓大小與閉合回路面積A呈正比71抑制干擾：合理接地與屏蔽合理接地與屏蔽是抑制干擾的主要方法。接地指印刷板上的局部電路中和測試系統(tǒng)整機(jī)中地線的布置。從安全的角度考慮，合理接地也是十分重要的。抑制干擾：合理接地與屏蔽合理接地與屏蔽是抑制干擾的主要方法。72系統(tǒng)中的接地線分為兩類。一是安全接地，稱為保護(hù)接地；保護(hù)地線必須是大地地位。一是工作接地，即對信號電壓設(shè)立基準(zhǔn)電位。工作地線可以是大地地位也可以不是。系統(tǒng)中的接地線分為兩類。73一般電子儀器設(shè)備，為了安全，機(jī)殼都應(yīng)接地。目的是使人經(jīng)常接觸的機(jī)殼保持零電位。機(jī)殼的電位是由于雜散阻抗形成漏電通路甚至產(chǎn)生絕緣擊穿的偶然情況形成的。一般電子儀器設(shè)備，為了安全，機(jī)殼都應(yīng)接地。目的是使人經(jīng)常接觸74生物醫(yī)學(xué)測量中，大多情況是數(shù)臺電子設(shè)備用于人體同時(shí)工作。數(shù)臺同時(shí)并用，接地可能是：分別單獨(dú)接地，或者共用一條接地線。生物醫(yī)學(xué)測量中，大多情況是數(shù)臺電子設(shè)備用于人體同時(shí)工作。75接地方式

接地方式

76浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕緣，一種情況是使接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會傳導(dǎo)到設(shè)備。另一種情況是在有些電子設(shè)備中，為了防止機(jī)箱上的干擾電流直接耦合到信號電路，有意使電路單元的信號線與設(shè)備機(jī)箱絕緣。采用浮地的設(shè)備、單元容易受空間耦合干擾，注意采用電磁屏蔽技術(shù)。

浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕77共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

電路1、電路2、電路3各自到接地面的接地線長短不同（接地阻抗不同），各電路的接地點(diǎn)的電位均不為零且各不相同，且受其他電路電流影響。最不適用。但由于該電路比較簡單，用的場合仍然較多，當(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)可以使用。若各電路的電平相差很大，則不能使用，因?yàn)楦唠娖诫娐穼a(chǎn)生很大的地電流，形成大的地電位差并干擾到低電平電路。使用該接地方式時(shí)，要把低電平電路放在距接地點(diǎn)最近的地方。共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

電路1、電路2、電路3各自到接地面的78獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)是各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗有關(guān)，不受其它電路的影響。缺點(diǎn)：第一，需要多根地線，比較麻煩。由于分別接地，勢必會增加地線長度，從而增加了地線阻抗。會造成各地線相互間的耦合，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容耦合都會增大；

獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)是各電路的地電位只與本電路的地電流及79第二，只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長λ=c/f縮小到可與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度比擬時(shí)，就不能再用這種接地方式了。因?yàn)椋寒?dāng)?shù)鼐€的長度接近于λ/4時(shí)，它就象一根終端短路的傳輸線，此時(shí)不僅起不到接地作用，而且地線將有很強(qiáng)的天線效應(yīng)向外輻射干擾信號，所以一般要求地線長度不應(yīng)超過信號波長的1/20。第二，只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以80多點(diǎn)接地這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)是接地線較短，適用于高頻情況，其缺點(diǎn)是形成各種地線回路，造成地環(huán)路干擾，這對設(shè)備內(nèi)同時(shí)使用的具有較低頻率的電路會產(chǎn)生不良影響。

多點(diǎn)接地81混合接地方式如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地，而在高頻時(shí)又需采用多點(diǎn)接地，此時(shí)，可采用混合接地方式。在低頻時(shí)，電容的阻抗較大，故電路為單點(diǎn)接地方式，但在高頻時(shí)，電容阻抗較低，故電路成為兩點(diǎn)接地方式，因此這種接地方式適用于工作于寬頻帶的電路。

混合接地方式如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地82總的來說，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。一般情況，頻率在1MHz以下采用單點(diǎn)接地方式；頻率高于10MHz采用多點(diǎn)接地方式；頻率在1MHz~10MHz之間，采用混合接地，如采用單點(diǎn)接地，其地線長度不得超過0.05λ(波長)。

總的來說，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。83電磁兼容的接地要求a．接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點(diǎn)。b．接地線、接地面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的寬度和厚度，接地線應(yīng)短而粗、接地面的面積應(yīng)盡可能大，以保證在所有頻率（尤其是高頻部分）上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。c．良好的接地要求盡量減低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓，同時(shí)還要盡量避免形成不必要的地回路。d．?dāng)?shù)字信號地與模擬信號地分開設(shè)計(jì)，大電流信號地與邏輯小信號地分開設(shè)計(jì)。

電磁兼容的接地要求a．接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)84屏蔽

屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種。屏蔽有兩個(gè)目的：a、限制設(shè)備內(nèi)輻射的電磁能量泄露到外部；b．防止外來的輻射干擾進(jìn)入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。

屏蔽

屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種。85a、電場屏蔽法最簡單的措施是在感應(yīng)源與受感器之間用金屬隔板接地，以抑制寄生電容耦合，實(shí)現(xiàn)電場屏蔽。對電場干擾較強(qiáng)的，則用高導(dǎo)電率金屬罩接地效果更好。

a、電場屏蔽法最簡單的措施是在感應(yīng)源與受感器之間用金屬隔板接86b、磁場屏蔽法對磁場可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽。b、磁場屏蔽法對磁場可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽。87當(dāng)要屏蔽的磁場很強(qiáng)時(shí)，屏蔽材料會發(fā)生飽和，一旦發(fā)生飽和，就將喪失屏蔽效能。遇到這種情況，可采用雙層屏蔽，第一層采用低導(dǎo)磁率材料，不易飽和；第二層采用高導(dǎo)磁率材料，但易飽和。第一層屏蔽先將磁場衰減到適當(dāng)強(qiáng)度，使第二層屏蔽不會飽和，而使高導(dǎo)磁率材料能充分發(fā)揮屏蔽效果。當(dāng)要屏蔽的磁場很強(qiáng)時(shí)，屏蔽材料會發(fā)生飽和，一旦發(fā)生飽和，就將88信號提取中的噪聲把系統(tǒng)內(nèi)部由器件、材料、不見的物理因素產(chǎn)生的自然擾動(dòng)叫噪聲。是電路內(nèi)固有的，不能用屏蔽、接地等方法消除。通過對噪聲過