降低测试系统开关中的噪声

这一公式表明噪声电压与噪声源的频率和幅度、 电阻R及电容C12 成正比。假定已为噪声源的改进做出 了最大努力，那么可改变的参数就只有 R 和 C12。
如果您能减小电容C12，就将减小耦合至导线的噪 声电压。当两者距离达到导线直径 40 倍时，物理隔离将实现大约 8dB 的噪声降低。再加大距离的效 果就不明显了。另一种方法是使用较低的阻值。但要求 的电路负载或阻抗失配可能使这种方法并不可行。
在信号线周围使用具有相同电场（屏蔽分布均匀）的接地屏蔽可把信号线上的噪声电压减小到零。但在 高频时，导体不得超出屏蔽范围。这对接地的屏蔽是非 常重要的。如果屏蔽不接地，中心导体拾取的噪声电压 就等于导线1上的噪声电压。屏蔽仅仅是耦合了噪声电 压（图4）。

图 5示出中心导线暴露于屏蔽定义范围外时的同样 电路（它有有限的接地电阻）。此时的噪声电压降低为：
V_N=jωRC₁₂V₁
由于电缆部分屏蔽降低了噪声耦合，C12 已减小了 很多。但如果屏蔽不完整，那么 C12 中必须包括屏蔽空 洞的影响。

作为小结，需要采用好的电场屏蔽，最小化超 出屏蔽范围的中心导体长度和提供屏蔽的良好接

对电感性辐射的屏蔽
电感性耦合比电容性耦合更难消除。事实上，上面例子中的良好电场屏蔽对电感性耦合噪声毫无影响。
电感性耦合的一个重要来源是屏蔽与中心导体间的互感，它等于屏蔽互感（M=Ls）。
从图6 中的电路图和Ls= M的事实，我们能得到下面的关系式：

V_N-频率图上的3dB点定义为屏蔽的截止频率ωc。 也可表示为ω c = Rs/Ls。中心导体的噪声电压在直 流时为零，在 5 倍截止频率时增加到约 VShield。

对磁辐射的屏蔽
屏蔽可用于防止从一条信号路径经电感性耦合至 另一路径的辐射。图 7 示出一个围绕导体的电场和磁 场。如果屏蔽在导体周围的某一点接地，电场线会受到 控制，但屏蔽对磁场却没有影响（图 7b）。另一方面， 如果通过屏蔽的电流与中心导体中的电流大小相等而 方向相反，那么所产生的磁场将会被抵消（图 7c）。

对于在屏蔽电缆两端接地的电路，屏蔽也必须在 两端接地，以防止磁辐射。这适用于屏蔽截止频率以上 的频率，因为屏蔽与中心导体间的互感提供比接地平 面更低的阻抗路径。在该频率以下，接地平面承载绝大 部分噪声电流，屏蔽对于噪声的包容并不有效。

如果电路仅在一端接地，那么屏蔽也应在同一端 接地。这样能保证感应电流与中心导体及屏蔽中的电 流大小相等而方向相反。两端接地将降低屏蔽的效率， 因为部分感应电流会通过接地平面。仅在一端接地的 屏蔽对低于屏蔽截止频率的频率是非常有效的。

对磁接收的屏蔽
由于电感性噪声正比于切割噪声磁通的环路面积， 减小接收器环路面积就能最有效地保护电路，避免接 收磁场噪声。接收器环路是接收器电路中电流环绕的 总面积，它包括电流返回源的路径。通常这一返回路径 在设计中并未仔细考虑，在测试过程中有可能改变，造 成环路面积的变化。也很难予以改正。

第7页中的图 8a示出没有屏蔽，但有大环路面积， 因此对磁接收非常敏感的接收器。在图 8b 中增加了在 两端接地，以减小环路面积。由于减小了环路面积，因 此能提供对磁场的一定保护，但屏蔽本身并没有任何 磁屏蔽特性。在图 8c 中，屏蔽防止在导体周围，并仅 在一端接地，它并不改变环路面积，因此也不提供任何 磁屏蔽。

在屏蔽的截止频率以下，大部分返回电流将通过 接地平面，而不是通过屏蔽，即使是在两端接地时。在 图 8b 的较低频率情况下，屏蔽并不能提供对磁场的保 护。不应使用这种电路有两个理由。首先是因为屏蔽也 是一个导体，屏蔽中的任何噪声电流也会产生IR压降， 在电路中即表现为噪声电压。其次是接地平面两点间 所存在的任何地电位差也将在电路中产生噪声电压。 当在电路中使用屏蔽，并两端接地时，由于地环路中会 感应大的噪声电流，因此只能对低频磁场起保护作用。 为对低频感应噪声作最大保护，屏蔽不应成为一个信 号导体，电路的一端必须与地隔离。

电缆比较

选择正确的电缆类型也是重要的系统设计任务。 双屏蔽电缆或三轴电缆的二个屏蔽是绝缘的，可提供 对噪声耦合的最大保护。由于噪声电流是流经外屏蔽， 而信号返回电流是流经内屏蔽，这两个电流不会流过 产生噪声耦合的公共阻抗。屏蔽在一点接地的同轴电 缆提供对电容性拾取的有效保护。在 1MHz 以上，同轴电缆屏蔽的集肤效应正模拟了三轴电缆，提供可与 其相比的性能，并且避免了三轴电缆的昂贵和粗笨。在 屏蔽靠外一方流过噪声电流，而信号返回电流则流过 屏蔽的靠内一方。

同轴电缆的阻抗在DC至VHF（30MHz-300MHz） 频率是相当一致的。对于直到几百 kHz 的应用，应选 择双绞线（两条绞在一起，以减小环路面积的导线）和 屏蔽双绞线。在此频率之上，这些电缆会出现信号损 耗，但在此频率以下，屏蔽双绞线的性能甚至能与三轴 电缆相比。除非是用于平衡电路，无屏蔽双绞线对电容 性拾取的保护能力较差，但对磁拾取则有好的噪声抗 扰度。

接地

如果在设计中能把接地像系统其它部分那样仔细 考虑，适当的接地和屏蔽将能解决大部分噪声问题。不 正确的接地可能成为主要的噪声源。接地系统的设计 目标是把流过公共接地阻抗的两个或多个电路电流所 产生的噪声电压减到最小，以及避免造成对磁场敏感 的地环路和地电位差。

虽然有许多要把电路接地的可能理由，但两个最 普通的理由是安全和为信号电压提供等电位的参考点。 安全地可在仪器机箱与电网高压间阻抗击穿时提供对 地的低阻抗路径，安全地始终为大地的电位。

信号地可以是，也可以不是大地，可把信号地看作 电路或系统的等电位电路参考点，或是电流返回源的 低阻抗路径。第一种定义是对理想化接地的经典解释。 第二种定义强调 IR 压降的事实，该压降在接地平面中 产生，并把噪声耦合至信号导体。

基于实用原因，大多数系统需要隔离系统不同部 件的接地返回。低电平信号地应与硬件地和噪声地，如 继电器地和马达地隔离。例如在敏感系统中，要把信号 地分成低电平地和数字地，以防止较高电平和较高噪 声的数字信号耦合进低电平线。如果整个系统由交流 电网配电，那么应把电源地接至机箱或硬件地。

对于低电平，应始终使用一个地参考点。否则任何 地电位差都将作为信号路径中的噪声出现。如图 9 所 示，如果仪器的低端接地（Z2=0），那么 Ecm 将直接跨Rb，而与输入信号相串联。把仪器的低端浮置，即把 Z2 增加到一个很大的阻值，以构成一个分压器，从而 把测量路径中的噪声按大约 Rb/Z2 的因素降低。