1、第 1 講 屏蔽與濾波.1 屏蔽電磁波是電磁能量的傳播的主要形式，高頻電路工作時，會向外輻射電磁波，對鄰近的其它設備產(chǎn)生干擾；另一方面，空間的各種電磁波也會感應到電路中，對電路造成干擾。因此屏蔽的作用可分為兩個方面：一是限制內(nèi)部的輻射電磁能越過某一區(qū)域；二是防止外來的輻射進入某一區(qū)域。由此可見屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播途徑，有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾，從而消除干擾，是抑制干擾源的有力措施之一。.1.1 屏蔽的分類屏蔽就是利用磁性材料或者低阻材料鋁、銅等制成容器將需要隔離的設備、裝置、電路全部包起來。屏蔽性質的分類，從要屏蔽的電磁場性質來劃分，有電場屏蔽（靜電場屏蔽及交變電場屏蔽）、磁場

2、屏蔽（靜磁場屏蔽及交變磁場屏蔽）及電磁場屏蔽（同時存在電場和磁場的輻射電磁場的屏蔽）等。從屏蔽體的結構分類，可以分為完整屏蔽體屏蔽（屏蔽室或屏蔽盒等）、非完整屏蔽體屏蔽（帶有孔洞、金屬網(wǎng)、波導管及蜂窩結構等）以及編織帶屏蔽（電纜等）。.1.2 屏蔽的機理.1.2.1 電場的屏蔽原理電場屏蔽是為了消除或抑制由于電場耦合引起的干擾。為分析簡潔起見，不妨把電場感應看成是分布電容間的耦合。在圖8-1中，干擾源A和受感應物的電位分別為UA和UB，那么UA和UB間的關系為：（8-1）式中，C1為A、B之間的分布電容；C2為受感應物B的對地電容。通過上式可以看出，為了減弱受感應物B上的電場感應，可能采用的方

3、法有：1) 增大A、B之間的距離，目的是減少A、B間的分布電容；2) 盡可能使受感應物B貼近接地板，以增大其對地電容；3) 可以在A、B之間插入一塊稱之為屏蔽板的金屬薄板。下面對金屬屏蔽板的作用作一分析，請參閱圖8-2所示。從圖8-2可見，插入屏蔽板后，新造就了兩個分布電容C3和C4，其中C3被屏蔽板短路到地，它不會對B點的電場感應產(chǎn)生影響。而受感應物B的對地和對屏蔽板的分布電容C2和C4實際上是處于并聯(lián)的位置上（因為屏蔽板是接地的）。這樣，受感應物B的感應電壓UB應當是A點電壓被A、B之間的剩余電容C1與并聯(lián)電容C2和C4的分壓，即（8-2）由于 C1遠小于未屏蔽時的C1值，故UB值要遠小于

4、未屏蔽時的UB值。因此，采用金屬屏蔽體進行電場屏蔽應具備兩個條件，即完善的屏蔽及良好的接地。BAABC1C2UAUBUAUB¢SC1¢C3C4C2圖8-1 電場感應示意圖 圖8-2 電場屏蔽作用的分析.1.2.2 磁場屏蔽的機理磁場屏蔽是為了消除或抑制由于磁場耦合引起的干擾。首先考察靜磁場的情況，不論是由電磁鐵或是由直流線圈產(chǎn)生的磁場均在空間散布磁力線或磁通，磁力線所通過的路徑稱為磁路。磁力線主要集中在低磁阻的磁路通過。因此對磁場的屏蔽主要利用高磁導率的材料，如鐵、鎳鋼、坡莫合金等。這些高磁導率的材料具有很低的磁阻，這樣，磁力線將“封閉”在屏蔽體內(nèi)，起了磁屏蔽的作用。對于低

5、頻交變磁場，磁屏蔽的機理同靜磁屏蔽一樣，利用高磁導率材料作屏蔽體，將磁場約束在屏蔽材料內(nèi)。為了獲得好的磁屏蔽效果，必須保證磁路的暢通，即小的磁阻。因此，當屏蔽盒需要開狹縫時，狹縫不能切斷磁路，即狹縫只能與磁通的方向一致，而不能與磁通的方向垂直，否則將影響磁屏蔽的效果。對于高頻磁場，磁屏蔽則依據(jù)另一種原理。高頻磁場會在屏蔽殼體表面感生渦流，從而產(chǎn)生反磁場來抵消穿過屏蔽體的原來的磁場；同時增強屏蔽體旁邊的磁場，使磁力線繞行而過，從而起到磁屏蔽的作用。高頻磁場主要靠屏蔽殼體上感生的渦流所產(chǎn)生的反磁場起排斥原磁場的作用。渦流越大，屏蔽效果越好。因此，對于高頻磁場的屏蔽，應選用良導體材料，如銅、鋁或銅鍍

6、銀等。隨著頻率增大，渦流亦增大，即磁屏蔽效果越好。但當渦流產(chǎn)生的反磁場足以完全排斥干擾磁場時，渦流也不再增大，保持一個常值。此外，由于趨膚效應，渦流只在材料的表面產(chǎn)生。因此，對于高頻磁場，只要很薄的金屬材料就足以屏蔽。.1.2.3 電磁場屏蔽的機理在遠場條件下，通常所說的電磁干擾均是電場和磁場同時存在的高頻輻射電磁場。與前面已講述的電場屏蔽及磁場屏蔽的機理不同，電磁屏蔽對于電磁波的衰減有三種不同的機理：1）當電磁波在到達屏蔽體表面時，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對入射波產(chǎn)生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定厚度，只要求交界面上的不連續(xù)。電磁波到達屏蔽體表面時產(chǎn)生的能量反射主要是

7、由于介質（空氣）與金屬的波阻抗不一致引起的，二者相差愈大，由反射引起的損耗也愈大；而反射和頻率有關，頻率愈低，反射愈嚴重。2）未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量，在體內(nèi)向前傳播的過程中，被屏蔽材料所衰減。這種物理過程被稱為吸收。電磁波在穿透屏蔽體時的能量吸收損耗主要是由于渦流引起的。渦流一方面產(chǎn)生反電磁場來抵消原干擾磁場，同時產(chǎn)生熱損耗，因此，頻率越高，屏蔽體越厚，渦流損耗也越大。3）在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量，傳到材料的另一表面時，在遇到金屬與空氣不連續(xù)的交界面時，會形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個金屬的交界面上可能有多次的反射。這樣看來，高頻電磁屏蔽的原理主要依據(jù)電磁波到

8、達金屬屏蔽體時產(chǎn)生的反射及吸收作用。.1.3 屏蔽的措施依據(jù)屏蔽的機理，可以采取相應的屏蔽措施來抑制不同機理的干擾。.1.3.1 電場屏蔽的措施1) 屏蔽板以靠近受保護物為好，而且屏蔽板的接地必須良好。2) 形狀對屏蔽效能的高低有明顯影響。例如，全封閉的金屬盒可以有最好的電場屏蔽效果，而開孔或帶縫隙的屏蔽盒，其屏蔽效能都會受到不同程度的影響。3) 屏蔽板的材料以良導體為好，但對厚度并無要求，只要有足夠強度就可以了。.1.3.2 磁場屏蔽的措施1) 選用高導磁率的材料，如坡莫合金；2) 增加屏蔽體的壁厚；3) 以上兩條均是為了減少屏蔽體的磁阻；4) 被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡

9、量減少通過被屏蔽物體體內(nèi)的磁通；5) 注意磁屏蔽體的結構設計，凡接縫、通風孔等均可能增加磁屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。為此，可以讓縫隙或長條形通風孔循著磁場方向分布，這有利于屏蔽體在磁場方向的磁阻減??；6) 對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結構。對要屏蔽外部強磁場的，則屏蔽體外層要選用不易磁飽和的材料，如硅鋼等；而內(nèi)部可選用容易達到飽和的高導磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏蔽內(nèi)部強磁場時，則材料排列次序要倒過來。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的磁絕緣。當沒有接地要求時，可用絕緣材料做支撐件。若需要接地時，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。但從屏蔽體能兼有防止電場感應的目的

10、出發(fā)，一般還是要接地的。.1.4 屏蔽材料的特性和選擇.1.4.1 屏蔽材料的的特性對于不同的場的屏蔽，包括電場、磁場和電磁場，它對屏蔽材料的要求是不同的。不論是吸收損耗，還是反射損耗，都與材料的相對電導率r和相對磁導率r有密切的關系。鑒于磁性材料的相對磁導率與頻率有關，表8-1給出了典型屏蔽材料在150kHz的值。表8-1 典型屏蔽材料在150kHz的電氣特性金屬相對電導率r相對磁導率r銀1.051銅（退火后）1.001銅（冷拉）0.971金0.701鋁0.611鎂0.381鋅0.291黃銅0.261鎘0.231鎳0.201磷青銅0.181鐵0.171000錫0.151鋼SAE10450.1

11、01000鈹0.101鉛0.081高磁導率鎳鋼0.0680000莫涅耳合金0.041合金0.0380000坡莫合金0.0380000不銹鋼0.021000.1.4.2 屏蔽材料的選擇選擇屏蔽材料的依據(jù)是它要能泄放感應電荷和承載足夠異相的電流，以便抵消干擾場的影響。對材料本身所要考慮的特性是它的相對電導率和相對磁導率，屏蔽體的厚度和需要衰減的信號頻率也是要考慮的重要因素。為使屏蔽材料選得恰當，應遵循下列基本規(guī)則：1) 在低頻時，只有磁性材料才能對磁場起明顯的屏蔽作用。2) 對于既定的材料，磁場比電場要有更厚的屏蔽體。3) 在頻率較高時，對于同種材料，頻率升高以后，所要求的屏蔽層厚度就下降。4)

12、當頻率足夠高時，有些金屬材料（如銅或鋁）不論對電場還是磁場都將起相當大的屏蔽作用。5) 對60Hz80Hz（即交流電源）的電場分量，用鐵、銅、鋁和黃銅等導電薄板料就能輕易地達到屏蔽。.1.4.3 影響屏蔽材料的屏蔽效能的因素掌握了屏蔽的機理后，可以發(fā)現(xiàn)下面的結論對于結構設計是十分重要的。1) 材料的導電性和導磁性越好，屏蔽效能越高，但實際的金屬材料不可能兼顧這兩方面，例如銅的導電性很好，但是導磁性很差，鐵的導磁性很好，但導電性較差。應該使用什么材料，根據(jù)具體屏蔽主要依賴反射損耗、還是吸收損耗來決定是側重導電性還是導磁性。2) 頻率較低的時候，吸收損耗很小，反射損耗是屏蔽效能的主要機理，要盡量提

13、高反射損耗。3) 反射損耗與輻射源的特性有關，對于電場輻射源，反射損耗很大；對于磁場輻射源，反射損耗很小。因此，對于磁場輻射源的屏蔽主要依靠材料的吸收損耗，應該選用導磁率較高的材料作屏蔽材料。4) 反射損耗與屏蔽體到輻射源的距離有關，對于電場輻射源，距離越近，則反射損耗越大；對于磁場輻射源，距離越近，則反射損耗越小。5) 頻率較高時，吸收損耗是主要的屏蔽機理，這時與輻射源是電場輻射源還是磁場輻射源關系不大。6) 電場波是最容易屏蔽的，平面波其次，磁場波是最難屏蔽的。尤其是低頻（1kHz以下）磁場，很難屏蔽。對于低頻磁場，要采用高導磁性材料，甚至采用高導電性材料和高導磁性材料符合起來的材料。.1

14、.5 屏蔽設計屏蔽效能是電磁波經(jīng)過屏蔽物時能量被衰減的量。這里以能量場原理來說明屏蔽效能。對于傳輸電磁波而言，屏蔽效能可以用傳輸線方程來分析。將平面波考慮為一信號源，從前面入射到一無限大平面薄板上；或將一點信號源封閉在一球形屏蔽體中，或兩條平行帶電線封閉在一圓筒形屏蔽體中。屏蔽效能一般隨下列因素而變動：頻率、屏蔽物的形狀與材料，屏蔽中測量的位置，電磁波的種類，電磁波的入射及極化方向。通常以S表示屏蔽效能，以E0（H0）表示入射的電、磁場能量，而以E1（H1）表示經(jīng)過屏蔽物后的電磁場能量，則：（8-3）或：（8-4）此外，當電磁波穿過任何金屬物時，通常有兩類型的損耗，一是吸收損耗，一是反射損耗，

15、因此，屏蔽效能又可寫成：SARB （dB）（8-5）式（8-5）中A為吸收損耗，R為反射損耗，B為正或負的修正項；當A大于15dB時，B可忽略不計，B是由屏蔽體內(nèi)反射波所引起的。式（8-5）中的各項可以視為相對于銅材料的導電系數(shù)和導磁率，頻率f（Hz）以及所存在的各種物理參數(shù)的函數(shù)。.1.5.1 吸收損耗吸收損耗A不僅取決于，和f，而且也取決于屏蔽材料的厚度d(cm)。（8-6）.1.5.2 反射損耗反射損耗取決于源的電性能和屏蔽體到源之間的距離r(cm)。低阻抗場（如距離<</2的環(huán)）的反射損耗為：（8-7）條件為：f<<2x109 Hz高阻抗場（如距離<<

16、;/2的棒）的反射損耗為：(8-8)條件為：f<<2x109 Hz平面波（如距離>>/2的棒或環(huán)）的反射損耗為：（8-9）條件為：f<<2x109Hz.1.5.3 內(nèi)部反射修正項如果A等于或大于15dB，修正項B可以忽略不計。如果A小于15dB，則必須對因屏蔽材料內(nèi)部多次反射而造成的影響進行修正。這個修正項B是復雜的，因為它取決于材料、尺寸和頻率參數(shù)。通常為：（8-10）.1.6 機柜（或屏蔽盒）之屏蔽前面的討論中，都把電磁屏蔽體看成是一個全封閉的屏蔽體，亦即它在電氣上是連續(xù)均勻的，沒有孔隙的屏蔽體。但在實際的機箱和屏蔽盒結構設計中，這種屏蔽體并不存在，因為

17、機箱通常都有電源線和控制線的引入和引出，在面板部分還有操作鍵、顯示屏的開孔，后面板上還有通風孔等等，所以實際機箱在電氣上并不連續(xù)，而電氣不連續(xù)的機箱會降低其屏蔽效能。下面是對機箱（或屏蔽盒）設計中的一些基本做法：.1.6.1 結構材料1) 適用于底板和機殼的材料大多數(shù)是良導體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場，主要的屏蔽機理是反射而不是吸收。2) 對磁場的屏蔽需用鐵磁材料，如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射。3) 在強電磁場環(huán)境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結構上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。4) 對于塑料殼體，是在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層

18、，或在汽塑時摻入金屬纖維。5) 必須盡量減少結構的電氣不連續(xù)性，以便控制經(jīng)底板和機殼進出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在接合面上加入導電襯墊，在接縫處涂上導電涂料，縮短螺釘間距等。.1.6.2 搭接1) 在底板和機殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好地搭接。最壞的電搭接對殼體的屏蔽效能起決定性作用。2) 保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。3) 在可能的情況下，接縫應焊接。在條件受限制的情況下，可用點焊、小間距的鉚接和用螺釘來固定。4) 在不加導電襯墊時，螺釘間距一般應小于最高工作頻率的1波長，至少不大于1/20波長。5) 用螺釘或鉚接進行搭

19、接時，應首先在縫的中部搭接好，然后逐漸向兩端延伸，以防金屬表面的彎曲。6) 保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應力、沖擊、振動時保持表面接觸。7) 在接縫不平整的地方，或在可移動的面板等處，必須使用導電襯墊或指形彈簧材料。8) 選擇高導電率和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮接合處所使用的頻率。9) 選擇硬韌材料做成的襯墊，以便劃破金屬上的任何表面。10) 保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導電保護層。11) 當需要活動接觸時，使用指形壓簧（而不用網(wǎng)狀襯墊），并要注意保持彈性指簧的壓力。12) 導電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或線形襯墊將出現(xiàn)最嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁

20、填料的導電膠是鹽霧環(huán)境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。表8-2是按優(yōu)先等級排列的各種襯墊。表8-2 按優(yōu)先等級排列的各種襯墊優(yōu)先等級襯墊種類備注1金屬網(wǎng)射頻襯墊容易變形，壓力為1.4kg/cm時，衰減為54dB。資料表明，頻率較低時衰減最大。用于永久密封較好，不適用于開與關的面板。2銅鍍合金有很高的導電性和很好的抗腐蝕性能。彈性好，最適合用于和活動面板配合?？芍瞥芍感螚l、螺旋和鋸齒面。衰減性能常超過100dB。3導電橡膠適用于只需名義上連接和少量螺釘?shù)牡胤健崿F(xiàn)水汽密封和電氣密封經(jīng)150、48小時老化后，體電阻率為1020m/cm(max)。變形度限制值為25%。資料表明，頻率較高時衰減為

21、最大。4導電蒙布、泡沫襯墊在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物，形成一個軟襯墊，占去大部分疏松空間，主要為民用，適用于機柜和門板。.1.6.3 穿透和開口1) 要注意由于電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時，屏蔽效能降低30dB以上。2) 電源線進入機殼時，全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機殼外；若濾波器結構不宜穿出機殼，則應在電源線進入機殼處專為濾波器設置一隔艙。3) 信號線、控制線進入/穿出機殼時，要通過適當?shù)臑V波器。具有濾波插針的多芯連接器（插座）適于這種場合使用。4) 穿過屏蔽體的金屬控制軸，應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地

22、的金屬軸，而用其它軸貫穿波導截止頻率比工作頻率高的圓管來作控制軸。5) 必須注意在截止波導孔內(nèi)貫通波導金屬軸或導線時會嚴重降低屏蔽效能。6) 當要求使用對地絕緣的金屬控制軸時，可用短的隱性控制軸，不調(diào)節(jié)時，用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。7) 為保險絲、插孔等加金屬帽。8) 用導電襯墊和墊圈、螺母等實現(xiàn)鈕子開關防泄漏安裝。9) 在屏蔽、通風和強度要求高而重量不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風口，最好用焊接方式保持線連接，防止泄漏。10) 盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容濾波。11) 在不能從后面屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時，要用與機殼連續(xù)連接的金屬網(wǎng)或導電玻璃屏蔽指示器/顯

23、示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理的透光度條件下，對301000MHz的屏蔽效能一般可達50110dB。在透明塑料或玻璃上鍍透明導電膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。.2 濾 波實踐表明，即使一個經(jīng)過很好設計并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會有傳導騷擾發(fā)射或傳導騷擾進入設備。濾波是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法，當騷擾頻譜成分不同于有用信號的頻帶時，可以用濾波器將無用的騷擾濾除。濾波就是利用濾波器將不需要的信號去除。而就電性上言，所謂濾波器是集中或分散之定值電阻、電感以及電容在不同組合下之線路，其目的是讓需要的信號順利通過，而阻

24、止其它不需要的信號進入線路、裝備或系統(tǒng)中。所以就傳導性的干擾而言，濾波器具有極大的功能。.2.1 濾波器的特性濾波器的特性一般包括有插入損耗、頻率特性、阻抗匹配、額定的電壓及電流值、絕緣電阻值、物理尺寸及重量、使用之環(huán)境以及本身之可靠性。所謂插入損耗是在裝置濾波器前后負載端所接收能量之差異；以算式表示：式中E1是線路中裝置濾波器后之輸出電壓；E2則是線路中未裝置濾波器時之輸出電壓。頻率特性是在裝置濾波器時插入損耗與頻率之對應值。故若要該特性曲線之斜率大，則應裝置大量數(shù)值準確的元件，簡單的說應采用價格高（即高品質）之濾波器。阻抗匹配包括信號源與負載之阻抗，若兩者均為未知者，或變動較大，則應將濾波

25、器固定與某一阻抗，以求較穩(wěn)定的效果。要使濾波器有最佳的衰減性能，濾波器端接的阻抗應使濾波器在嚴重失配的狀態(tài)下工作，失配越厲害，實現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對接的濾波器的輸入阻抗應該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則濾波器的輸入阻抗應該是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。電壓使用的容許范圍應涵蓋所有可能的運作，尤其應特別重視較大的電壓變動及脈沖存在的情況；否則，超過容許范圍的電壓會損及濾波器中的電容及電阻。制訂額定電流時應考慮連續(xù)運作時的最大值，否則將損及其中的電感及電阻。此外，額定電流量應配合線路上所使用的保

26、險絲、斷路器以及導線的允許值。使用于濾波器上的安全系數(shù)應與線路上其它元件相配合，以避免造成安全上或價格上的困擾。由于濾波器本身的使用年限相當長，因此其絕緣電阻應能滿足所有正常運作的情況。在選購濾波器時應仔細查詢制造商，以求得最佳的尺寸、重量來配合整個線路。濾波器在可能使用環(huán)境中溫度的考慮也很重要。通常用于軍用裝備中的溫度范圍為-65至85；而商用及工業(yè)用的溫度范圍則較小。濾波器的本身應有較高的可靠性，以免增加故障排除時困擾。.2.2 濾波器的種類由于濾波器使用的場合不同，因此有不同線路元件所組成的濾波器。在分類上有依功能分者，如高頻通濾波器、低頻通濾波器等；又有以元件及線路架構的不同分類者，如

27、T型、L型、型等濾波器。然而不論如何，都有一個不變的通則：高值串聯(lián)阻抗與低值并聯(lián)阻抗用于被衰減的頻段；而低值串聯(lián)阻抗與高值并聯(lián)阻抗用于所需的頻段。此外，大部分的濾波器均由電容、電感以及阻抗所組合而成?，F(xiàn)以線路架構著眼來簡述幾種類型的濾波器：1) T型濾波器一般用于信號源及負載的阻抗值均小（通常小于50歐姆）；2) 型濾波器則用于信號源及負載的阻抗值較高的場合；3) L型濾波器用于阻抗不對稱的情況。上述各型濾波器的線路示意圖如圖8-3所示：圖8-3 不同線路組合的濾波器此外，就低頻通濾波器而言，上述各型濾波器的插入損耗分別為（假定RSRL以簡化算式）：T型型L型對于電容式濾波器其插入損耗為：式中

28、FfRCf：頻率（赫茲）C：濾波器電容（法拉）而電感式濾波器其插入損耗為：式中FfL/RL：濾波器電感（亨利）如果濾波器之匹配不當，則其所造成的結果非但不能減弱干擾，反而會有增加。.2.3 電源濾波器.2.3.1 干擾的方式電源干擾復雜性中眾多原因之一就是包含了許多可變的因素。首先，電源干擾可以以“共?！焙汀安钅！狈绞酱嬖凇！肮材！备蓴_是指電源線對大地，或中線對大地之間的電位差。對于三相電路來說，共模干擾存在于任何一相與大地之間。共模干擾有時也稱為縱模干擾，不對稱干擾或接地干擾，這是載流導體與大地之間電位差。參見圖8-4。圖8-4 共模干擾 圖8-5 差模干擾“差模”干擾存在于電源相線與中線之

29、間。對三相電路來說，還存在于相線與相線之間。差模干擾有時也稱為常模干擾、串模干擾、橫模干擾或對稱干擾，這是載流導體之間的電位差。參見圖8-5。干擾的模式給出了干擾源與耦合途徑之間的關系。舉例來說，差模干擾提示了干擾是源于同一條電源電路當中；而共模干擾則提示了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中來的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉變，情況十分復雜。干擾在線路上經(jīng)過長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量大，這是因為線間阻抗和線地阻抗不同的緣故。另一方面共模電流在線路上傳輸時會向周圍鄰近空間輻射，而差模電流則不會形成輻射，也就是說，共模干擾比

30、差模干擾更容易造成電磁場干擾。連接在電源線上的電器設備接通或斷開電源時所產(chǎn)生的脈沖電壓雖然由差模電流開關轉換所形成，但卻很容易耦合到共模電路和接地回路中，成為信號電纜接收感應的主要來源。電源線的輻射，特別是引入設備內(nèi)部電源線的輻射，還可以通過信號傳輸?shù)恼Ｍ緩今詈系叫盘栯娐分腥ィ纬筛蓴_。因此設備敏感度的問題大部分是由共模干擾所引起的。兩種干擾模式的區(qū)別是十分重要的，因為對共模干擾是不能用差模干擾的方法來得到解決，反之亦然。所以我們應當把這兩種模式的干擾找出來，否則只能是事倍功半。電源濾波器一般用來抑制主要是30MHz以下頻率范圍的噪音。根據(jù)經(jīng)驗，在此頻率范圍內(nèi)又大致可分成三個頻段，在5KHz

31、以下，主要是以抑制差模干擾為主的措施；在5KHz10MHz范圍內(nèi)主要是以抑制共模干擾為主的措施；在10MHz30MHz范圍內(nèi)除主要抑制共模干擾為主外，還需注意與周圍的電磁波耦合問題以及根據(jù)情況考慮加地線接地、電感等輔助抑制手段。.2.3.2 電源濾波器的構造電源濾波器有不同的構造，因此也有不同的抗干擾特性。圖8-6是幾種常用的電源濾波器的結果原理圖。圖a)是以低阻抗而起作用的，阻抗Z1/C，當它并接在電源的兩端，可以濾除電源中的差模干擾。如接在電源和地之間，則可濾除電源的共模干擾。這里的電容要求高頻特性非常好，而且引線電感要盡可能地小。圖b)是并接在電源輸出兩端的兩個串聯(lián)電容，電容間的連接點接

32、地。這種濾波器可以濾除電源的共模干擾。這里特別注意接地的阻抗要盡可能低，它在很大程度上影響著濾波器的高頻特性。在圖c)的那種電路中，C1、C2對濾除共模干擾起作用；C3對濾除差模干擾起作用。圖d)是濾除電源差模干擾的濾波器，L1、L2對于干擾源來說是高阻抗，C為低阻抗。如果L1、L2構成下述的抗共模扼流圈，則還可對濾除共模干擾起很大作用。圖e)是濾除共模干擾的濾波器，這里也要注意接地阻抗要充分地小，阻抗大的話，幾乎沒有什么效果。圖8-6 各種濾波器的構成圖8-7是對差模干擾和共模干擾均有濾除效果的濾波器。圖8-7 濾除差模干擾和共模干擾均有效的濾波器差模抑制電容C1 ：0.1uF0.47uF；

33、差模抑制電感L1，L2 ：100uH130uH；共模抑制電容C2，C 3 ：<10000pF；共模抑制電感L ：15mH25mH。L1、L2是濾除差模干擾的，L、C2、C3是濾除共模干擾的。作為電感扼流圈L，電感量一般可選幾十mH左右。另外，注意電感扼流圈的磁芯要選用較難磁飽和以及-f特性好的材料，也要注意磁芯的截面積不能太小，否則在較大的電流下會使磁芯磁飽和，效果將大幅度下降。C1要高頻特性好的陶瓷電容或聚酯電容，耐壓要根據(jù)電源電壓值再留有充分的余量。容量可在0.047F0.47F之間選用，引線要盡可能地短。C2、C3的要求與C1相同，電容量一般選用2200pF左右。這個電容越大，效果

34、就越好，但對接電網(wǎng)的電源濾波器來說，它將使機殼和電網(wǎng)間的阻抗變低，漏電流變大，一旦機殼接大地不良，人接觸機殼就有觸電的危險。漏電流由下式給出：IL=2VfC式中，是漏電流；V是加在電容上的電壓；f是作用在電容上的電源頻率；C是電容量。.2.3.3 濾波器的安裝圖8-8 濾波器接地不良引起抗共模干擾特性變壞濾波器對電磁干擾的抑制作用不僅取決于濾波器本身的設計和它的實際工作條件，而且在很大程度上還取決于濾波器的安裝情況。首先，濾波器的外殼與設備的金屬機殼要有可靠的接觸。接觸電阻增大會使濾波器抗共模干擾的特性變壞，甚至失效，關于這一點的解釋可參看圖8-8。設備安裝濾波器后，設備的金屬機殼應該接大地，

35、這是為了防止濾波器的泄漏電流對人身的危害。設備機殼接大地不僅是出于安全角度的考慮，而且也可以大大提高設備的抗干擾能力，所以這也是電磁兼容性設計的一個重要考慮。其次，濾波器引線與安裝位置也是很有講究的問題。這是考慮到電源線除了沿電源線的傳導方式傳輸電磁干擾外，還會在傳輸過程中將電磁干擾輻射出去，對附近的敏感電路（或設備）造成輻射耦合。因此必須考慮濾波器的輸入線和輸出線之間不存在耦合，否則會導致濾波器的性能下降。為此濾波器的輸入線最好不直接引入設備內(nèi)部，而是經(jīng)過濾波之后才進入設備內(nèi)部，利用設備機殼的自然屏蔽作用，把電源產(chǎn)生的輻射場排除在設備外部。在有條件的地方，可以采用帶有電源插座的濾波器（這是目

36、前用得較多的電源濾波器形式，特別適合于一些儀器和辦公設備的使用），見圖8-9所示：圖8-9 濾波器的引線與安裝位置.2.4 信號濾波器信號濾波器是用在各種信號線（包括直流）上的低通濾波器，它的作用是濾除導線上各種不需要的高頻騷擾。.2.4.1 信號濾波器分類信號濾波器按照安裝方式和外形分類，有線路板安裝濾波器、饋通濾波器和濾波器連接器等三種。線路板安裝濾波器適合于安裝在線路板上，具有成本低、安裝方便等優(yōu)點。但線路板安裝濾波器的高頻效果不是很理想。饋通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，具有很好的高頻濾波效果，特別適合于單根導線穿過屏蔽體。饋通濾波器又可根據(jù)使用場合分為焊接式濾波器、螺裝濾波器和大電流

37、高電壓螺裝濾波器。濾波器連接器適合于安裝在屏蔽機箱上，具有較好的高頻濾波效果，用于多根導線（電纜）穿過屏蔽體。.2.4.2 信號濾波器的用途1）屏蔽殼體上的穿線屏蔽殼體上不允許有任何導線穿過，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導線穿過屏蔽體，屏蔽體的屏蔽效能就會大幅度下降。當有導線要穿過屏蔽體時，必須使用饋通濾波器，這樣可以將導線接收到的騷擾濾除到接地的屏蔽體上，從而避免騷擾穿過屏蔽體。2）設備內(nèi)部的隔離解決電路間的相互騷擾的唯一途徑就是對不同類型的電路進行隔離。當不同電路之間沒有任何連線是，按照一般的屏蔽設計技術就可以了。但當電路之間有互連線時，必須對互連線進行濾波，要在互連線上使用饋通濾波器或濾

38、波器陣列，才能達到真正的隔離。3）電纜濾波設備中的電纜是接收騷擾和輻射騷擾的最有效的天線，騷擾主要通過電纜進出設備。解決電纜接收和輻射騷擾的主要手段是屏蔽和濾波。雖然使用屏蔽電纜能夠有效地減小電纜的電磁騷擾輻射和接收電磁騷擾的能力，但屏蔽電纜的屏蔽效能對屏蔽層的端接方式依賴很大，而且屏蔽電纜的屏蔽層由于是金屬編織網(wǎng)構成的，在高頻時屏蔽效能較差。此外，屏蔽電纜不能消除共模騷擾電流。為了改善這種情況，在屏蔽電纜的兩端使用饋通濾波器是最有效的方法。.2.5 結語使用濾波器時必須注意到以下幾點：1) 濾波器的選擇不僅要滿足電磁兼容性能的要求，而且要有安全性，外購的濾波器必須取得象UL、CSA和VDE等

39、的安全認證。2) 在選擇濾波器時，除了要注意插入損耗這一指標外（注意一般產(chǎn)品目前都是提供20時的數(shù)據(jù)），還要注意電源額定值、電壓額定值和漏電流等指標。3) 在某些情況下，可能會自己用電感和電容來制作濾波器，而不用現(xiàn)成產(chǎn)品。這時要注意到線路的結構、元件的寄生參數(shù)、引線長度都可能是限制阻帶寬度和插入損耗的關鍵因素，特別是當工作頻率提高時，更不容忽視。4) 在實際使用中，由于設備所產(chǎn)生的雜訊中共模和差模的成分不一樣，所采用的濾波電路也有變化，可適當增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗后才能有滿意的結果。5) 如一級濾波器無法濾除干擾，可采用多級濾波器以減小電流扼流圈和電容的感量或容

40、量要求。6) 濾波器對電壓浪涌沒有抑制能力，如要抑制電壓浪涌，則必須在濾波器前端加避雷器、壓敏電阻和固體放電管等過壓抑制元件。第2講 電子設備靜電放電（ESD）防護2.1概述l靜電是物體表面的靜止電荷。物體在接觸、摩擦、分離、感應、電解等過程中，發(fā)生電子或離子的轉移，正電荷和負電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡，就形成了靜電。當物體表面的靜電場梯度大到一定的程度，正電荷和負電荷發(fā)生中和，就出現(xiàn)了靜電放電（ESD）。靜電放電可以出現(xiàn)在兩個物體之間，也可由物體表面靜電荷直接向空氣放電。 2.1.1靜電放電的危害靜電作為一種普遍物理現(xiàn)象，近十多年來伴隨著集成電路的飛速發(fā)展和高分子材料的廣泛應用，靜電的作用力、

41、放電和感應現(xiàn)象引起的危害十分嚴重，美國統(tǒng)計，美國電子行業(yè)部門每年因靜電危害造成損失高達100多億美元，英國電子產(chǎn)品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中不45是因為靜電放電（ESD）造成的。不僅如此，由于ESD在許多領域給人們帶來重大損失和危害；如在第一個阿波羅載人宇宙飛船中，由于ESD導致火災和爆炸，使三名宇航員喪生。我國某次發(fā)射的衛(wèi)星爆炸也是因為ESD引起的。廣州五所曾對50余種型號130多個航空電子設備樣品進行可靠性試驗，共提供50余份電子元器件失效分析報告，其中由于使用問題占總數(shù)50。問題嚴重還在于很多人對靜電危害的認識不足和防靜電知識的無知，常把一些因ESD而造

42、成的設備性能下降或故障，誤認為是元器件早期老化失效。所造成的誤區(qū)有以下幾點：1.首先由于許多人對靜電的產(chǎn)生不太了解，因為IKV 2KV以下的靜電放電感覺不到的，但確能使器件因電擊而受到損傷。（需知一般MOS電路和場效應管擊穿電壓約為300V）所以說靜電的損傷是在人們不知不覺的過程中發(fā)生的。2.器件的失效分析比較困難，因為靜電的損傷與其他瞬變過程的過電壓造成的器件損傷有時是很難區(qū)分開來。3.有的器件在受靜電損傷以后，并不是不能用，而是在特性有所下降，人們并不是當時就能發(fā)現(xiàn)，但已經(jīng)造成了潛在的失效隱患，在將來某種特定的條件下，最終會導致器件失效，如器件氧化層出現(xiàn)一個孔，設備長時間工作后，金屬化電遷

43、移引起短路燒毀，從而導致設備故障。這種類型的靜電損傷，將會大大的縮短元器件的使用壽命。4.有人錯誤的認為現(xiàn)在的集成電路，如MOS電路不少的生產(chǎn)廠家在設計上已采用了抗靜電的保護電路，認為防靜電并不一定需要。但是，人們在生產(chǎn)活動中，工作人員穿的化纖衣服，各種塑料制品包裝，上述材料的滑動、磨擦、或分離，特別是在空氣干燥的季節(jié)里，將會產(chǎn)生600V15000V的靜電電壓，如果濕度為20以下時，靜電電壓可高達3萬伏。即使有保護對于靜電放電的敏感器件也是非常危險的。靜電主要是對半導體器件產(chǎn)生損傷，其失效模式如表14-1所示。有人認為靜電僅對MOS類電路損傷，但不盡然，當靜電電壓高到某一限度時，對有些半導體器

44、件也產(chǎn)生損傷。某廠在使用高頻三極管3DGI42時發(fā)現(xiàn)了一個獨特的現(xiàn)象，當工作人員在上班開始工作，那第一只管子測試時，常常發(fā)現(xiàn)是壞的，失效模式為發(fā)射結擊穿，以后就全是好的，這種現(xiàn)象每天重復出現(xiàn)。經(jīng)研究認為，這種失效是由靜電引起的。當工作人員進入車間或實驗室時，因在地板上走動時產(chǎn)生靜電，加上自身衣服之間磨擦也會產(chǎn)生靜電，所以當?shù)谝淮文霉茏訒r，在接觸管子的瞬間靜電釋放，因而使管子損壞。于是，規(guī)定凡是第一次測試時，要先摸一摸地線，釋放靜電之后，再去拿管子，這個問題因此而得以解決。這個例子也說明，籠統(tǒng)地認為雙極晶體管不是靜電第三器件是錯誤的，特別是對于具有潛結構的高頻或超高頻晶體管，必須考慮防靜電問題。

45、件類型失效模式 二極管反向漏電流增加，擊穿電壓降低 反向電壓降增大 反向電壓降增大 三極管 發(fā)射極基極反向電流增加：擊穿電壓降低 值降低 噪聲系數(shù)增大 場效應管 柵源或柵漏短路 電極開路 雙極型數(shù)字電路 輸入電流增加 失去功能 雙極型線性電路 輸入失調(diào)電壓增大，失調(diào)電流增大 MOS電容擊穿短路 電極開路 電極開路MOS電路 輸入或輸出端與源或漏之間電流增大 其他參數(shù)退化 喪失功能表 2-1半導體器件ESD的失效模式 2.1.2 靜電放電的定義靜電放電（ESD-Electro static Discharge）具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接

46、接觸引起的電荷轉移。也就是說，靜電放電耦合到電子設備主要有兩種方式：直接傳導和空間耦合，耦合又分為電場耦合和磁場耦合。靜電放電的特點靜靜電放電是高電位、強電場、瞬時大電流的過程。靜電放電會產(chǎn)生強烈的電磁輻射形成電磁脈沖（EMP）。靜電放電的類型電暈放電 電暈放電一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過程。刷形放電 刷形放電是一種發(fā)生在導體與帶電絕緣體之間，放電通道呈分散的樹叉形形狀的放電過程?；鸹ǚ烹?火花放電是一個瞬變的過程，放電時兩放電體之間的空氣被擊穿，形成“快如閃電”的火花通道，靜電能量瞬時集中釋放。14.2 ESD的損傷模型2.2.1 人體帶電模型（HBM）HBM是根據(jù)帶有靜電的操

47、作者在工作過程中與器件的管腳接觸，將存儲于人體的靜電荷通過器件對地放電致使器件損壞而建立的，因此稱為人體帶電模型?？煞譃閮煞N情況： 過電流的熱效應模型：當帶靜電的人體接觸器件并通過器件對地放電時，靜電電流在PN結上必然產(chǎn)生焦耳熱，結溫約650700。核心溫度可達到硅的熔點1415。形成不穩(wěn)定的熱斑甚至產(chǎn)生熱擊穿。 過電壓的場擊穿模型：當人體將靜電荷傳遞給器件時，若器件對地無放電回路，器件上就會出現(xiàn)高壓。由于過電壓的作用，會導致MOS器件的柵氧化層被擊穿或引起極間空氣隙擊穿致使器件失效。2.2.2 器件帶電模型（CDM）CDM是基于已帶電的器件通過引腳與地接觸時，發(fā)生對地放電引起器件失效而建立的

48、。2.2.3 場感應模型（FIM）FIM是當器件處于靜電場環(huán)境中時，在器件內(nèi)部將感應出電位差，所感應的電位差引起器件擊穿而建立的。2.3 人體靜電電位。14.3.1 著不同鞋襪人體靜電位。詳見表2-2。 表2-2 著不同鞋襪人體靜電位導電襪µçÍà薄毛襪尼 龍襪 Ä 赤 腳 尼龍襪薄毛襪導電襪áÁúÍà 赤 腳 尼龍襪薄毛襪導電襪 襪料 靜電位（kV） 工作服 鞋 鞋ÍàÁÏ µç루kV&#

49、163;©¹¤×÷·þ Ь 3.53.04.02.0防靜電鞋À¾²µçЬ6.07.08.5a5. 5.0新皮鞋 5.0 防靜電鞋ÂƤЬ20.0.01.0.019.19.020.0 橡膠底運動鞋 𽺵×Ô˶¯Ð¬³à½Å 5.0

50、14.3.2 著不同鞋襪人體靜電位。詳見表2-3從表3中可以看出：濕度越高，其人體靜電電位越低，效果十分顯著。殲所以用增濕方法來防靜電。表表2-3不同濕度人體靜電位0.10.166在工作臺上操作ÔÚ¹¤×÷̨ÉϲÙ×÷0.250.251212在乙烯樹脂地板上行走ÔÚÒÒÏ©Ê÷Ö¬µØ°åÉÏ&

51、#208;Ð×ß1.20.620包工作說明書的乙烯樹脂封皮µÃ÷ÊéµÄÒÒÏ©Ê÷Ö¬·âƤ1.51.2 1820從墊有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起ðÆÕͨ¾ÛÒÒÏ©´üµ人體靜電電位（kV）靜電產(chǎn)生原因18´Ó

52、µæÓо۰±»ù¼×ËáÅÝÄ­µÄ¹¤×÷ÒÎÉÏÕ¾Æð1.5.5； 35 35在合成纖維地毯上走動ÔںϳÉÏËάµØ̺&#

53、201;Ï×߶¯RH（6590）%90£©%RH（1020）%20£©%6.02.04.03.03.52.4 各類器件靜電敏感度在采取靜電防護措施時，必明確各類器件靜電敏感度。各類器件的耐靜電電壓值 一般將靜電敏感器件分為三級： 一級：0 2kV 二級：2 4kV 三級： 4 16kV一級器件應作重點控制，二級器件一般控制，抗16kV器件認為是非敏感器件。詳細分類見表14-4。表2-4 ESD敏感器件分類和敏感電壓范圍元器件類型器件分類及敏感度Æ÷¼þ·

54、ÖÀà ¼°Ãô¸Ð¶È微波器件（肖特基二極管、點接觸二極管及頻率大于1GHz的檢波二極管） MOS場效應管（MOSFET） 結型場效應管（JFET） 聲表面波濾波器（SAW） 電荷耦合器件（CCD） 運算放大器（OP AMP） 集成電路（IC） 薄膜電阻器 可控硅整流器（Pt < 100mW，It < 100mA） 由第一級器件組成的混合電路 ÂÊ´óÓÚ1GHzµÄ¼ì&

55、#178;¨¶þ¼«¹Ü£© MOS³¡Ð§Ó¦¹Ü£¨MOSFET£© ½áÐͳ¡Ð§Ó¦¹Ü£¨JFET£© Éù±íÃ沨Â

56、03;²¨Æ÷£¨SAW£© µçºÉñîºÏÆ÷¼þ£¨CCD£© ÔËËã·Å´óÆ÷£¨OP AMP£© ¼¯³Éµç·£

57、¨IC£© ±¡Ä¤µç×èÆ÷ ¿É¿Ø¹èÕûÁ÷Æ÷£¨Pt < 100mW£¬It < 100mA£© ÓɵÚÒ»¼¶Æ÷¼þ×é

58、;³ÉµÄ»ìºÏµç· 一級 0 2kV »¼¶ 0 2kV 續(xù)表2-1元器件類型器件分類及敏感度Æ÷¼þ·ÖÀà ¼°Ãô¸Ð¶È MOS場效應管（MOSFET） 結型場效應管（JFET） 運算放大器（OP AMP） 集成電路（IC） 精密電阻網(wǎng)絡 特高速效應晶體管 低功率雙極性晶體

59、管（Pt < 100mW，It < 100mA） 由第二級器件組成的混合電路 ¼«¹Ü£© MOS³¡Ð§Ó¦¹Ü£¨MOSFET£© ½áÐͳ¡Ð§Ó¦¹Ü£¨JFET£© Éù±íÃæ

60、;²¨Â˲¨Æ÷£¨SAW£© µçºÉñîºÏÆ÷¼þ£¨CCD£© ÔËËã·Å´óÆ÷£¨OP AMP£© ¼¯³Éµ&#

61、231;·£¨IC£© ±¡Ä¤µç×èÆ÷ ¿É¿Ø¹èÕûÁ÷Æ÷£¨Pt < 100mW£¬It < 100mA£© ÓɵÚÒ»¼¶Æ÷&

62、#188;þ×é³ÉµÄ»ìºÏµç· 二級 2 4kV »¼¶ 0 2kV續(xù) 續(xù)表2-2元器件類型器件分類及敏感度Æ÷¼þ·ÖÀà ¼°Ãô¸Ð¶ÈMOS場效應管（MOSFET） 結型場效應管（JFET） 運算放大器（OP AMP） 集成電路（IC） 小信號二極管（P1W，I1A） 一般硅整流二極管 可控硅整流器（I0.175A） 小功率雙極性晶體管 片狀電阻器 光電器件（光電二極管、光電晶體管、光電耦合器） 壓電晶體 由第三級器件組成的混合電路 ¼«¹Ü£© MOS³¡Ð§Ó¦¹Ü£¨MOSFET£