如何解决电子系统抗干扰的问题（如何解决电子系统抗干扰的问题）

如何解决电子系统抗干扰的问题（如何解决电子系统抗干扰的问题）静电屏蔽是切断电容性耦合的一个十分有效的方法。屏蔽常用的材料有紫铜、黄铜、铝和铅锡箔等。要使静电屏蔽效果好，首先要使屏蔽体接地，其次是尽量将被干扰的部分屏蔽起来，使干扰源和被干扰电路的耦合电容减少到最小。静电屏蔽的原理图如图1.24所示。在电路中最常见的静电屏蔽是导线的屏蔽，一般用编织线作为屏蔽层将导线包围起来并且接地，因此能保护线路不受外界电场影响，另外也防止了导线产生的电场线向外界泄漏，从而避免成为静电感应的噪声源。1. 静电屏蔽图1.23　交流电源滤波器交流电源滤波器(如图1.23所示)是对串模噪声和共模噪声均有滤除效果的滤波器。L1、L2、C1滤除串模噪声，L3、L4、C2、C3滤除共模噪声。作为电感扼流圈L1、L2，电感量一般可选用几百mH。C1要选用高频特性好的陶瓷电容或聚酯电容，耐压要根据电源电压值留有充分的余量，容量可在0.0047~0.22μF之间选用。C2、C3的要求与

由于空间中存在着由高压电网、电台、电焊机、电动机等用电设备造成的各种干扰源，这些干扰源会对电子电路造成不良影响，轻则使电路的性能指标下降，严重的可使电子电路不能正常工作。为此，在设计电子电路时，提高电路的抗干扰能力也是非常重要的。常见的抑制噪声的措施有如下几种。

正确选择器件

正确分析电子电路的应用情况，合理地选择所用元器件，可以减少噪声的产生。例如，在低噪声电路中常用金属膜电阻器，采用云母和瓷介质电容器以及漏电流小的钽电解电容。相对于三极管来说，结型场效应管具有较高的输入阻抗和较小噪声，故常用于低噪声的前置放大器。对于具有强电磁干扰且存在大的共模干扰信号的环境，要求传输有用信息时，要选用光电耦合器或光电耦合放大器。

正确分布元器件

在电子系统中，电子单元电路的布局不合理，同样会造成电路的相互影响。正确的布局原则如下：

(1)元器件的引线要尽量短，且不允许有交叉电路。对于印刷电路板中可能交叉的线条，可用“钻”、“绕”等方法解决。如在双面板印刷电路板中通过过线孔来避免交叉。电路板中的线条在拐弯时要圆滑，不要有尖角。

图1.23　交流电源滤波器

交流电源滤波器(如图1.23所示)是对串模噪声和共模噪声均有滤除效果的滤波器。L1、L2、C1滤除串模噪声，L3、L4、C2、C3滤除共模噪声。作为电感扼流圈L1、L2，电感量一般可选用几百mH。C1要选用高频特性好的陶瓷电容或聚酯电容，耐压要根据电源电压值留有充分的余量，容量可在0.0047~0.22μF之间选用。C2、C3的要求与C1相同，电容量一般可选用2200pF左右。L3、L4是抗共模噪声扼流圈，两个线圈绕成相同的圈数，一般可各绕十匝左右。扼流圈的绕制要尽量减少匝间的分布电容，以及线头和线尾之间的分布电容，因为当这些分布电容很大时，噪声成分就直接通过分布电容进入系统，扼流圈起不到应有的抑制作用。特别要指出的是，线圈的引线头尾不要靠近，更不能捆扎在一起，否则没有抑制共模噪声的效果。

施加屏蔽措施

在自由空间中，存在着不同强度的电场和磁场，由于分布电容和杂散电感的存在，电路之间可能发生不同形式的电磁耦合。为了消除电路之间的相互影响，可采用不同的屏蔽措施。

1. 静电屏蔽

静电屏蔽是切断电容性耦合的一个十分有效的方法。屏蔽常用的材料有紫铜、黄铜、铝和铅锡箔等。要使静电屏蔽效果好，首先要使屏蔽体接地，其次是尽量将被干扰的部分屏蔽起来，使干扰源和被干扰电路的耦合电容减少到最小。静电屏蔽的原理图如图1.24所示。在电路中最常见的静电屏蔽是导线的屏蔽，一般用编织线作为屏蔽层将导线包围起来并且接地，因此能保护线路不受外界电场影响，另外也防止了导线产生的电场线向外界泄漏，从而避免成为静电感应的噪声源。

图1.24　静电屏蔽原理图

对于抗干扰要求较高的电子系统，可把整个电子系统都屏蔽起来。屏蔽罩必须良好接地，使干扰电流直接经屏蔽罩入地，而不经过放大器的输入电阻。当电子系统的输入信号线采用具有金属套的屏蔽线时，屏蔽线的金属外套必须采用一点接地。

2. 电磁屏蔽

图1.25　磁屏蔽原理图

减少电感性耦合的有效方法是采用电磁屏蔽。电磁屏蔽主要是利用在低电阻的金属屏蔽材料内流过的电流来防止频率较高的磁通干扰，一般用于屏蔽线圈这类向外泄漏磁通的元器件。磁屏蔽原理图如图1.25所示，利用坡莫合金或高导磁率材料做成的电磁屏蔽罩，其磁阻远小于屏蔽与输入变压器空气隙的磁阻，干扰磁场的大部分磁力线通过屏蔽罩而不会穿过空气隙进入被屏蔽体。屏蔽罩的形状对屏蔽效果影响很大，以圆柱形屏蔽效果为最好。电磁屏蔽体如果接地，同样有静电屏蔽的作用。屏蔽体接地当然不妨碍电磁屏蔽功能，所以一般电磁屏蔽也接地。

电磁屏蔽的效果与被屏蔽体所使用的频率有关。如50Hz电源变压器的外泄磁通，在变压器的周围加一条头尾短路的铜带即可起到良好的效果。但对于频率高的磁通，这种办法就不是很有效，这时要将被屏蔽体全包围。电磁屏蔽还要注意，屏蔽壳体不能太小，否则会影响被屏蔽体本身的电感量，使电路的参数发生变化。

双绞线也是导线电磁屏蔽的一种形式。它对于屏蔽噪声源导线发出的磁通以及屏蔽信号导线使其不受外界磁通干扰，都是十分有效的。这种屏蔽方式常用于电子管灯丝、交流电源、继电器等大功率设备的供电线上，使其电线上发散的磁通减少到最低限度，减小对其他电路的电磁影响。

同轴电缆是一种特制的金属编织网作屏蔽的电缆，广泛用于对高频电磁干扰的屏蔽。

使用合理的接地方式

抑制干扰的接地技术，一般都是防止出现由于接地线路的阻抗而产生电压降和由于两个以上接地点形成接地回路，而形成环路电流。串联方式接地如图1.26所示，采用串联方式接地时，接地线成为公共阻抗的典型例子。这里3个回路以串联的方式接地，阻抗Z1就成为回路1、2、3的公共阻抗，阻抗Z2则为回路2、3的公共阻抗。这样，当任一回路的地线上有电流流过时，都会影响其他回路。即每个回路的接地点A、B、C都不是真正的零电位，而是随各个回路的电流大小变化而变动，因而影响系统的输入、输出，造成误差。

图1.26　串联方式接地

清除公共阻抗耦合的有效方法是采用一点接地，尽可能降低公共阻抗。一点接地就是把各回路的接地线集中于一点接地，如图1.27所示，由于不存在公共阻抗，回路2、3的电流变动不会影响回路1。消除了对系统输入、输出的影响。

图1.27　几个回路的一点接地

电路加入滤波电容和补偿电容

在数字电路系统中，由于印刷电路板上的线条非常细且密集，故存在着比较大的分布电感。当电流突然变化时，电路将产生相当大的压降，形成比较大的噪声电压。为了有效地抑制电源线上的电压波动，一般可在靠近每一片集成电路电源引脚处接入0.01~0.1μF的旁路电容。旁路电容的接法如图1.28所示。

图1.28　旁路电容的接法

对于模拟电路系统，由于电源性能不好、内阻较大，往往会产生自激振荡。例如，运算放大器电路所公用的电源，只要电源线较长或电源特性不好，电源阻抗就变大，这样就会产生噪声电压而影响运算放大器，使其工作不稳定;尤其对高速度宽频带运算放大器(如LM318，LF357等)，如果不加电源旁路电容，必然会产生自激振荡。解决的办法是用0.1~1μF的电容C作电源滤波，电容的引线要尽可能地短。运放电源滤波电路如图1.29所示。

图1.29　运放电源滤波电路

有时，尽管在电路中电源加入了滤波电容，但电路中仍存在自激振荡，这时要在电路中用稳压器来调整运算放大器的供电电源。用稳压管改善运放的供电质量如图1.30所示。

图1.30　用稳压管改善运放的供电质量

产生自激振荡的原因不仅仅是由电源电压造成的，有时负反馈过强也会产生自激振荡。这时消除自激振荡的方法是在电路中加入校正网络，其目的是使电路的幅频特性和相频特性发生变化，破坏自激振荡的条件。运放消除自激振荡常采用的补偿措施如图1.31所示。图中的Cf、C1、C已消除电路的自激振荡。

图1.31　运放消除自激振荡常采用的补偿措施