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每个电气工程师和技术人员都希望他所设计的设备的成本比预期的低、进度提前、工作可靠，并且不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电气干扰的存在，常常达不到这些目标。如果不能在有限的时间内解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，浪费了我们投资项目的所有时间、金钱和努力。例如，如果数字系统超过联邦通信委员会（ＦＣＣ）对传导和辐射发射的限制，我们就不能在美国销售这些系统。大多数欧洲国家也有类似的要求，德国的ＶＤＥ０８７１是最严格的一个。在美国，军用设备必须满足ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６１。
大多数电气工程课程和书籍不是忽略了电气噪声，就是将讨论局限于热噪声。结果，大多数工程师，在调试他们设计的第一个系统时就卷入噪声问题。这通常带来三个副作用：（１）调试需要比预期长得多的时间；（２）设计师的信心受到挫伤，（３）解决问题需要的干扰掏器件使制造成本提高１０～１５％。
在我工作的早期，我发现了一个较好的办法：从开始就将干扰抑制措施设计进产品。这是一个包含四个步骤的过程：（１）理解干扰问题的类型，（２）设计电路时使这些问题减小到最小，（３）设计线路板、电缆的结构尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件。（４）将系统分成模块调试，确认每个子系统组装正确、工作正常，在进行进一步组装前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，我经常提前完成任务，成本也较低，自我感觉良好。
这本书包含了我作为实践电气工程师工作了１４成取得了广泛（有些是代价昂贵的）的经验，通过与合作者的讨论，和三年对电气干扰控制方法的研究成果。第２章到第４章概括了干扰的产生、接收的耦合途径。第５章到第８章概括了减小干扰问题的技术。第９章到第１５章的概括减小干扰的物理设计技术。第１６章概括了干扰问题的发现、确认和定位技术。附录中包含了电气干扰问题分析的详细资料和设计选择。
作为本书研究的一部分，我在全国１８个大技术图书馆搜集了资料，总共研读了１１公斤以上的书籍、杂志、和会议录。在这些材料中，我发现了有关干扰控制的１８０本书籍，７３篇技术报告，和２３００篇杂志上发表的文章和论文。
其中，最有价值的七个资料资源是：Henry W. Ott 的 Noise Reduvtion Techni- ques in Elecronic Systems,p，这本书全面概括了避免电气干扰问题的设计技术，是我发现的最好的参考书。William R. Blood的 MECL system Design Handbook,这本书对高速系统的设计作了详细论述。Ｒ Ｋenneth Keenan的 Digital Design for Interfe- rence Specifications,这本书论述了数字系统中的干扰控制技术。Donald R. J.Whit- er Handbook Series on Electromagnetic Interference and Compatibility,Volum3,这本书论述了在系统中确定干扰问题的技术。Ｆiltron公司的技术报告：Inter ference Reduction Guide for Design Engineers Volum1,提供了射频干扰控制设计的丰富数据，包括设计数据的图和表。这个领域内两本很好的杂志是ＥＭＣ Technology 和 ＩＥＥＥ Ｔransactions on Electromagnetic Compatibility。
２ 无源器件
许多电气教科书中假设电阻、电容和电感是线性的，其阻抗为：
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝Ｒ Ω 对于电阻
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝Ｉ／j２πfC Ω 对于电容
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝j２πfＬ Ω 对于电感 式中：f的单位是赫兹（图２－１），Ｚ、Ｖ、Ｉ是矢量。然而，在实际中,所有的器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在高频时起着主要作用。
图２－１理想器件的阻抗特性
图２－２是实际电阻的集总阻抗模型。Ｒ是期望的电阻值，Ｌs是寄生串联电感，单位是亨利，Ｃp是寄生并联电容，单位是法拉第，由于电阻引线和内部结构产生的。在频率f处，电阻的阻抗是：
图２－２ 实际电阻的集总阻抗模型
图２－３是实际电阻的典型的阻抗－频率曲线。注意两个明显的特性：高阻值电阻起始值较大，但随后下降，而低阻值的电阻起始虽小，但随后升高，然后下降。
如果试验各种不同的Ｒ、Ｌs、Ｃp，我们发现Ｒ≈１．５５（Ｌs／Ｃp）１／２Ω是在阻抗曲线中不会产生尖峰的最低阻抗值。因此将：
Ｒc＝１．５５（Ｌs／Ｃp）１／２Ω
定义为电阻的临界值。如果电阻的阻值大于Ｒc，其阻抗约为：
f≤１／２πＲＣp 赫兹时 ｜Ｚ｜≈Ｒ
图２－３ 实际电阻的阻抗
f＞１／２πＲＣp 赫兹时 ｜Ｚ｜≈１／２πfＣp
如果电阻的阻值Ｒ＜Ｒc,则Ｌs和Cp会在fc=1/[2π(Ls/Cp)1/2]赫兹处谐振。这时电阻的阻抗大约为：
f≤1/2πLs赫兹时｜Ｚ｜≈Ｒ
Ｒ／２πLs≤f＜fc/3赫兹时｜Ｚ｜≈２πfLs
当f=fc时，阻值增加为：
当f＜３fc时，阻值降低为： ｜Ｚ｜≈１／２πfＣp
表２－１是常用电阻的寄生电感、寄生电容和谐振频率的范围。通常，为了避免较大的阻抗偏移，我们希望电阻的谐振频率远高于电路的工作频率。
表２－１常用电阻寄生电感寄生电容和谐振频率的范围
电阻类型 Ls(nH) Cp(pF) fc(MHz)
金属
碳复合
碳膜
金属膜
表面安装
绕线
绕线（无感） ３～10
5～30
15～700
15～700
0.2～3
47～25000
2～600 0.1～1.0
0.1～1.5
0.1～0.8
0.1～0.8
0.01～0.08
2～14
0.1～5 500～3000
750～2000
300～1500
300～1500
500～4000
8～200
90～1500
图２－４是实际电容的集总阻抗模型。Ｃ是希望的容值，单位是法拉第Ｌs是寄生电感，单位是亨利。Ｒs是串联电阻，单位是欧姆。Ｒp是漏电阻，单位是欧姆。所有这些参数都是电容引线和内部结构产生的。在频率f处，电容的阻抗为：
图2-4 实际电容的集总阻抗模型
图２－５是实际电容器的阻抗－频率曲线典型值。如果电容的串联电阻大，阻抗在谐振点fc=1/[2πCLs]1/2附近平坦。如果电容的串联电阻小，在谐振点阻抗曲线尖锐。
如果仔细研究电容阻抗的方程式，就会发现当Ｒs＝１.41(Ls/C)1/2欧姆时，电容特性（f<fc)与电感特性(f>fc)之间的过渡最短，并且最平坦。所以将：
Ｒc＝１.41(Ls/Cp)1/2
定义为电容的临界串联电阻。如果电容的串联电阻大于Ｒc，则它的阻抗大约为：
当f<1/2πＲsC Hz时，｜Ｚ｜≈１／２πfC
当１／２πＲsC≤f≤Rs/2πLs Hz时，
｜Ｚ｜≈Ｒs
当f>Rs/2πLs时，｜Ｚ｜≈１／２πfLs
如果Ｒs<Ｒc，Ｃ与Ｌs会在fc附近谐振，这时的阻抗为：
当f<fc/3 Hz时，｜Ｚ｜≈１／２πfc
当f=fc Hz时，｜Ｚ｜≈Rs
当f>3fc Hz时，｜Ｚ｜≈２πfLc
图２－５实际电容的阻抗
表２－２给出了常用电容的串联电感、串联电阻、漏电阻和自谐振频率的范围。我们通常希望电容的自谐振频率远高于电路的工作频率。这将是大容值电容的一个问题。一种解决方法是一只小容值电容与大容值电容并联起来。这个技术也能补偿电解电容老化后串联电阻的增加，因此保持电路良好的旁路特性。为了滤除频率很高的干扰，可能要用穿心电容，并且安装在屏蔽体上提供输入、输出端的隔离。
５ 模拟电路设计 |
７.接口电路设计： |
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cly 发表于 2007/4/3 20:16:47
８．电源设计：2楼 回复本楼
开关电源是３０ＭＨｚ以下传导和辐射噪声的主要来源。当小输出电流工作时，线性电源会产生“汽船声”即（产生低频锯齿波），而当用长线驱动较差的旁路负载时，还可能振荡。另一个问题是，当输入输出端隔离较差时，会使电流线噪声进入产品，并使产品噪声增加。这些问题可以通过适当选择元器件、仔细布线、旁路良好、滤波以及屏蔽等方法加以解决。
图８－１给出线性电源原理图。变压器Ｔ１升高或降低线路电压，并提供初次级隔离，ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３和ＣＲ４对次级电压整流并对滤波电容器充电，Ｖref为Ｑ１的偏置电压，用来稳定输出电压Ｖout=Vref-Vbe(Q1)，图８－２表示电源的高频模型——由ＨＩ至Ｖout，以及由ＬＯ至Ｖout，此电源有１３pＦ串联电容和５０pＦ关联电容，所以大约２０％的电源线噪声将到达产品中，而且反之亦然。
图8-1 线性电源原理图
图８－２ 基本线性电源的高频模型
在大多数交流电源线上，高频噪声是极普遍的。大约平均每数分钟可观察到一次２００Ｖ尖峰，每天可观察到一次４００Ｖ尖峰，每年一次１０００Ｖ尖峰，在雷电高发区，室内平均每天能观察到１０００Ｖ尖峰约两次，每年能观察到５０００Ｖ尖峰的一次。办公室和车间附近有电动机时将产生１５００Ｖ至２５００Ｖ尖峰，将有更多噪声。雷电可以将１０至２０ＫＶ尖峰置于室外电源线上，而将２至６ＫＶ尖峰置于室内电源线上（限于墙上电源插孔的电弧过电压６ＫＶ）。作为一般规则，电源应当能经受３ＫＶ尖峰噪声而不被损坏，而高可靠性电源则应安全经受６ＫＶ尖峰噪声。
汽车引起的环境电磁干扰也很严重，发动机由满载突然下降，能产生＋１２０Ｖ尖峰。电感性负载的开与关能产生－３００Ｖ～＋８０Ｖ尖峰。成束导线中，导线之间的耦合能产生＋２００Ｖ尖峰，而点火装置突然熄火，将产生－１００尖峰。通常条件下，都伴随有±１.５Ｖ噪声，而点火系统伴随有±７.５Ｖ。
电子设备防护电源线尖峰干扰的一种方法是采用浪涌吸收器，例如，我的家用计算机、打印机、彩色监视器，以及绘图仪都插入六插口“电源浪涌吸收器”。我的系统将和未加防护器时一样正常的工作，但我喜欢所提供的附加防护。这个特殊的单元包含金属氧化物压敏电阻器，它是一种非线性电阻器。浪涌吸收器的其它类型有，碳化硅压敏电阻器、齐纳二级管、气体放电管等。表８－１列出了这些器件的主要性质。
表８－１ 浪涌吸收器的尖峰抑制特性
器件类型 击穿电压 非线性a＊ 额定电流（Ａ） 电容量 响应时间
气体放电管
压敏电阻器
碳化硅可变电阻
Ｓurgector/Thy Zorb
Transzorb
齐纳二极管 70-40，000
6-4700
9-1000
5-600
6-500
1-700 -
15-30
2-7
-
≈35
30-100 1000-10，000
10-70，000
1-1000
5-3500
2-2000
1-500 0.5-10
10-33,000
30-4000
90-200
10-90,000
2-60,000 50-5000
＜1-50
300-10，000
10-10，000
＜1-10
＜1-25
*I=KVa（A）
电源中的整流器导通时产生电压尖峰，截止时产生电流尖峰。采用软恢复整流器或高额定电压和电流整流器。其它可以采用的方法有，限制通过整流器的电流（图８－３(a)），降低整流器电流变化的速率（图８－３(b)）及（c)),或用高质量旁路电容器吸收尖峰（图８－３（d)和（e））。肖特基二级管整流器则需采用ＲＣ缓冲器，防止整流器截止时出现振铃（图８－３(f)）。图８－３(a)、(b)、(c)和（e）中的尖峰掏器也能抑制外部噪声，或将外部噪声旁路至地，增加电源的输入输出隔离，并降低产品对噪声的敏感度。（注：开关电源中的二级管必须比开关三级管截止得更快，或电源能自行抑制其自身产生的噪声尖峰。）
图８－３ 减小整流器的通断瞬态效应
图８－４ 在原边抑制噪声
让我们看看，应如何验证图８－１中电源存在的噪声。我们最大的问题是电源噪声，因为它能损伤产品。图８－４（a）为典型的民用电源线滤波器。Ｌ１和Ｌ２抑制高频噪声，Ｃ２和Ｃ３旁路高频差模噪声，而Ｃ４和Ｃ５旁路高频共模噪声。典型值是Ｌ１＝Ｌ２＝１.８～４７mＨ，Ｃ２＝Ｃ３＝０.１～２μＦ，而Ｃ４＝Ｃ５＝０.５mＡ。我们还需要一个阻值为Ｒ１＜０.４ΩＦ／（Ｃ２＋Ｃ３）的泄放电阻，为Ｃ２和Ｃ３放电。（注：滤波器的谐振频率必须低于开关频率。）
有时我们只需要进行少量的滤波，图８－４（b）的电路就足以工作。Ｃ３是低质或塑料电容器，Ｃ４和Ｃ５是标准１.４ＫＶ瓷片电容器。Ｒ２和Ｒ３是碳膜电阻器。这个电路可以安装在接线板或印制板上，但应使电容器引线尽可能短。在电源线滤波器中采用的所有元件应当能经受住滤波器额定交流电压的两倍和额定交流电流的两倍。对于线性电源，滤波器的截止频率应当至少是最高交流输入频率的１.５倍。
我们也可以将电源变压器屏蔽起来。常规的变压器有１０至５０pＦ匝间电容。法拉第屏蔽变压器的屏蔽壳于直流地之间（图８－５（a））有≈０.0１１pＦ匝间电容。对于双侧屏蔽变压器，其初级屏蔽应当接大地，而次级屏蔽应接至直流地。法拉弟屏蔽变压器将使噪声问题确定，为此可使用中心抽头隔离变压器，如图８－５（b)所示。如果只需要少许减少匝间电容，也可试用分裂式变压器和环形变压器。
图８－７ 噪声抑制线性电源的高频模型
现在让我们看看，我们能在电源次级做些什么（图８－６）。我们可以将铁氧体磁珠套在变压器引线上，抑制噪声尖峰，减缓充电电流脉冲，并减少整流截止尖峰。我们可以用压敏电阻Ｒ１将高压尖峰箝位，用小电容Ｃ６和Ｃ７将高频噪声旁路至地。要减小电源输出的噪声，可附加馈通电容器Ｃ８和铁氧体磁珠Ｌ５。（注：Ｌ３和Ｌ４对低阻抗负载很有效）
图８－７为全部噪声抑制的电源的高频模型。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４和Ｌ５可以阻挡电源线至产品的高频噪声。Ｒ１将高压尖峰箝位，而Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７和Ｃ８将高频噪声旁路。非常小的噪声将通过电源电路，但必须使交流线路远离直流线路，使输入和输出保持隔离。
由于开关晶体管和散热器之间的电容性耦合，开关电源可能发射过量的噪声。将在云母绝缘片上的ＴＯ－３晶体管有１００至２５０pＦ寄生电容。在晶体管和散热器之间设置屏蔽，并将屏蔽接至直流地，可将此电容减小至１pＦ。一种称为“Ｓil-Pad屏蔽“的专用绝缘材料就是为此目的设计的。
可以对高频和低频电路分别使用电源。同样，如果产品具有高压和低压电路，为了隔离低压电路应当采用自己的电源或采用调压器。如果电源不带遥控，电源端口之一应当接至机壳地。如果带遥控的电源用来驱动单一的负载，负载端口之一应接至机壳地。如果带遥控的电源驱动多个负载，应将敏感点之一接至机壳地。
１９８０年我研制了一台电源测试仪，并发现电源的＋５Ｖ输出在＋５.１Ｖ和６.５Ｖ之间变化。用示波器观察＋５Ｖ输出，我看到一个锯齿波，在１００～２００ms内降至＋５.1Ｖ，然后在５０μＳ内跳于６.０～６.５Ｖ。这种现象可说明如下：（１）输出电压太高，所以导通的晶体管被截止；（２）输出电压逐渐降至＋５.１Ｖ，晶体管开始导通；（３）输出端立刻向输出电容充电，超过一定电压后，导通晶体管再次被截止。当我询问设计者时，他告诉我，＋５Ｖ输出是为１００mＡ和２００μＦ最小负载设计的。所以我加了一个２２０μＦ电容器和５０Ω电阻在测试仪上。至今该测试仪已良好地测试了１００，０００台电源，没有发现其它干扰问题。
９、分隔
分隔就是电子系统中决定什么应当去何处的处理。我们能够通过控制共阻抗耦合、电感性耦合、电容性耦合和天线效应，将产生噪声的电路和敏感电路分隔开来，使噪声和干扰问题最小。无们应当（１）使小功率（敏感）电路紧紧靠近信号源，（２）使大功率（产生噪声）电路紧紧靠近负载，（３）尽可能分开小功率电路和大功率电路，（４）使导线尽可能短，（５）使电流环路尽可能小。
我们从将电路划分为五类开始：（１）灵敏的高阻抗电路（｜Ｚ｜≥３７６.７Ω，属于电容耦合），（２）灵敏的低阻抗电路（｜Ｚ｜≥３７６.７Ω，属于电感性耦合），（３）中等灵敏／中等功率电路，（４）高压电路，以及（５）大电流电路。模拟电路通常属于前两类。我们能安全地将同一类中的电路进行组合，但必须使高阻抗电路远离高压电路，使低阻抗电路远离大电流电路。通常，汉我们必须连接不同尖的电路时，互连信号应当具有中等灵敏度和中等功率。
一个给定的电路组合中的电路应当具有相同的输入／输出要求和相同的噪声特性。这个要求将大多数系统划分为模拟、数字、电流和电磁设备／驱动器等组件。我们也应将高频和低频电路分入不同的组件。每个组件应尽可能小而且简单，并接入自身的电源／接地系统。组件中的导线应当设计成低阻抗，使电流环路尽可能小。
安装变压器、螺线管和其它电磁器件时，应使它们的磁场彼此正交，并远离电缆。电缆应设计成最小长度、最小阻抗、和最小环路面积。用于高速逻辑电路的电缆应至少将屏蔽层的五分之一接地；用于中速或低速逻辑电路的电缆至少应将屏蔽层的十分之一接地。要使敏感电路和它们的电缆远离其它电路，并使系统的支撑结构提供屏蔽，将组件的接地系统连接到唯一的单点，并将接地的屏蔽体包围高阻抗电路和高压电路。１０.接地
每个接地系统都是矛盾要求的折衷。接地系统必须：
为信号组成电压基准网络（典型情况下，模拟电路为±１００mvＶ数字电路为±２００mＶ）
承载信号回流，
承载功率回流，
为天线形成基准面，
保持天线附近的高频电位，
保护人和设备不受雷电伤害，
保护人和设备不受电源线路故障的伤害，并泄放静电。
接地系统必须仔细设计的满足所有这些要求，同时使引起噪声问题的信号之间的无用耦合最小。
Ｈ.Ｏtt定义接地为“一个低阻抗路径，用来将电流返回到源。”按照这个定义可以看到，在接地系统中，任何一个电流都将引起电位差。如果要使设备正常工作，必须使这些电位差比信号小得多。所以我们设计接地系统的目标是：（１）使接地阻抗尽可能低，（２）控制源和负载间的电流。
我们的第一个问题是：“这个系统有多大？”如果我们将频率为f（Ｈz），波长为λ＝2.998×１０８／f（m）的信号加至（１(m）长的一段导体上，我们将预期直到｜Ｚ｜欧姆阻抗。但由于驻波，等效阻抗将增加tg(2π１／λ），所以我们实际看到的是｜Ｚ｜［１＋tg(2π１／λ）欧姆阻抗。如果两点相距λ／４、３λ／４、５λ／４、７λ／４、……（m），该导体如同开路。
因此，要使电位差低，就必须限制接地系统的尺寸。对于军用设备、发射机、接收机和其它敏感系统，接地点之间的最大距离应当≤0.05λ，这里，λ是用于该系统最高频率信号的波长。这将接地阻抗限制为正常值的１３３％。大多数民用系统接地点之间的间隔取0.1０λ，接地阻抗限制为正常值的１７３％。非敏感系统可取０.１５λ，接地阻抗上至正常２３８％。
我们能隔离信号回线，直流电源回线和交流电源回线，这可以用三种独立的接地网络（图１０－１）连接到唯一的一点来构成接地系统。这种方法还可以避免接错。例如，信号地在直流至ＭＨｚ必须具有低阻抗，而不载更大的电流。电流电源地要求由直流至ＫＨｚ为低阻抗，但必须承载较大的电流，同时，交流电源／机壳地在１００Ｈｚ范围要求为低阻抗，并可承载几百安培电流（典型的要求是≤１００mΩ电阻和≤１００μＨ电感，要求使用＃１２铜线或＃１０铝线）。
图１０－１ 标准接地符号
图１０－２为用于极灵敏电路的浮地系统。这个装置要求电路和机壳全隔离——高电阻和低电容——是较难实现的。该电路必须用太阳能电池或电池供电，而且信号必须通过变压器或隔离器进入或离开系统。为防止静电积累，设计者在信号地和机壳地之间设置了一个高阻值泄放电阻。
图１０－２ 浮地系统
图１０－３表示一个纯单点接地系统。每个电路和每个屏蔽壳体都单独接至单点接地点。每个框架都与机壳有一个搭接点。这个装置将消除共阻抗耦合和低频接地环路。单点接地系统可在上至１ＭＨｚ时工作得很好，而且能在小系统（最大尺寸小于0.05λ）。但敏感模拟电路仍能拾取电感和电容耦合噪声，而不论接地线数目是多少。尽管如此，大多数军用和空间应用都要求采用单点接地系统。
图１０－３单点接地系统
图１０－４表示一种改进的单点接地系统。具有相同噪声特性的电路连接在一起，敏感的电路离单点地最近。这种装置减少了所需地线的总数，但共阻抗耦合略有增加。当电路板上有分开的模拟地和数字地时，应当将二样管背靠背互连（图１０－４的ＣＲ１和ＣＲ２）以防止电路板上的静电积累。
图10-4 改进的单点接地系统
图１０－５表示多点接地系统。电路和机壳在许多点搭接（１＜０.１λ），使驻波最小，这类接地系统通常用于具有相同噪声特性的高频电路（f≤１０ＭＨｚ）。这种系统要求仔细维护。因为可能产生许多接地环路，而且不应用于敏感电路。
图10-5 多点接地系统
图１０－６表示由浮地、单点接地和多点接地系统组合而成的混合接地系统（一种很常见的安排）。在图１０－６（b）中，一个约１mＨ的电感器用来泄放静电，同时将高频电路与机壳地隔离。在图１０－６（c）中，电容器沿着电缆每０.１λ长度安放，可防止高频驻波并避免低频接地环路。当采用后两种安排时，必须小心避免接地系统中分布电容和电感引起的谐振现象。
图10-6 混合接地系统
引用 cly 2007/4/3 20:16:47 发表于2楼的内容
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cly 发表于 2007/4/3 20:17:52
１１ 搭接3楼 回复本楼
搭接是导体间稳定的连接，就电流路径来说，其电阻可以忽略。好的搭接其电阻为0.5mΩ和电感为２５nＨ，而对射频电流来说，频率直至２０ＭＨｚ时，搭接电阻为８０mΩ。最好的搭接是直接的、永久的和相同金属－金属的接触，是通过钎焊、铜焊、银焊等焊接的办法使其搭接起来，焊缝的长度要大于导体的重叠部分。雷电保护接地系统至少采用１２号铜线或１０号铝线，且搭接截面积≥５mm２。（注：软焊搭接不允许用于雷电保护系统）
金属－金属间直接压制搭接是第二个最好方法。导体搭接面的制作是：
１、用铁刷子、钢丝棉或研磨料（７／１０金刚砂纸）打磨清洁搭接面，但要清洁比搭接面大５０％；
２、擦去碎屑；
３、用溶剂清洁表面；
４、用干净棉布擦干表面。
经处理后，搭接表面应是清洁和光亮的。清洁的表面应在１小时内，用螺栓、铆钉或机械螺丝，将导体搭接在一起，搭接压力达８３００至１０３００ＫＰa（对软金属要低压力，即每平方英寸１２００至１５００磅）。螺栓的花兰垫圈或弹簧垫圈要保持紧配合。截面积大于６５０mm２的搭接，其搭接电阻应0.1mΩ。表１１－１列出了最大额定电流和机械螺丝和螺栓使搭接夹紧力矩。
表１１－１ 金属－金属直接搭接的最大电流容量和夹紧力矩
第三个最好方法是在金属表面上涂导电涂料加压形成。这种搭接的电阻典型值是几个毫欧，但是在１ＭＨｚ时，超过１Ω。可以用镉、锡或银镀在金属上，或用Alodine#1000,Dow#1,Dow#15,Iridite#14,Iridite#18P或Oakite#36涂在金属上。
导电胶可以用于屏蔽室缝隙密封和另外的地方，如可能有一点要移动的地方。掺有碳的环氧树脂，其电阻率为0.1Ω－m，掺有银和金的环氧树脂，其电阻率为１０至５７０００nΩ－m、掺入６０％～７０％（按重量计）时粘着力和电阻率最佳。这些搭接压力大约为６９ＫＰa。
为了使搭接可拆卸或用作减震的组件，用金属搭接条、编织条或导线。搭接条或跨接条既在方便检修，又要防止偶然损坏（同时还要满足空间要求）。搭接条应短而宽，长度比为５以下，优先为３，使接地阻抗最小。接地搭接条决不能串联连结。铜搭接条厚度应小于等于0.1mm，宽应大于等于0.2mm，而铝搭接条厚度应小于等于0.2mm。编织搭接条比实心搭接条柔软，但容易腐蚀和磨损（且高频时，断的编织丝象天线）。接地线至少得用ＡＷＧ１８，且带压扁的端头。“快装”端头对经常不连接的导线是合适的。花兰型衬垫能除去表面的碎屑，帮助形成接触。搭接条或跨接条的谐振频率应至少是最高频率的１６倍。
不要使用自攻螺丝、螺丝、螺母、轴承、铰链或滑动片。因为它们接触不可靠，地电流能引起严重的腐蚀。
粗糙或不平的表面，或接触面处对ＲＦ来说必须是密封的，可以加导电衬垫，必须将其压紧衬垫或粘到一面上，还必须避免损坏。通常，对粗糙表面用窄的法兰，对平滑表面用宽的法兰。
搭接加工后在一个星期内，施加保护层（漆、硅橡胶、油脂），以阻止水汽和气体，同时可防腐蚀。保护层加于搭接的两端，或者只加于阴极处。当两种不同金属接触时，保护层加在阳极处多于阴极处。如果两种金属不同或不是邻近组别的，在搭接处加跨接线、垫圈、螺栓或卡箍，以保护结构。
大多数的接地条、搭接片和导线由铝、镀锡铜或铜制造，这就要求特别注意，使腐蚀最小。
１２ 印制电路板设计
在把系统划分成几个部件和设计接地系统之后，我们必须设计每个部件。要决定如何安装元件、如何耗散元件产生的热、如何与地、电源和其它元件相连。在许多情况下，把每件元件安装在电路板上，要在底板或散热器上安装重、大或大功率的元件。一个简单的部件装在一块印制电路板上，而一个复杂的部件安装于多块印制电路板上，与后面板或“母板”用插头连接。
三种最常用的电路板是绕焊电路板、印制电路板和多层印制电路板。绕焊电路板通常用于样机或有限产品项目，因为容易设计和修改，但难以用于大批量生产，且占的空间大。印制电路板用于批量生产项目、高速系统和空间小的系统。印制电路板是容易装配、紧凑和有好的高频特性。主要缺点是设计花时间，且不易更改设计。多层印制电路板用于小批量产品，占空间更小和好的高频特性，但不可避免的花时间和增加设计成本。
设计印制电路板通常有八个步骤。
１、决定电路板的大小、形状和连接器位置；
２、决定把电路放在何处；
３、决定电路板的电源／接地方案；
４、决定把元件放何处；
５、设计电源和接地的走线；
６、设计时钟线的走线；
７、设计信号线走向；
８、修改设计。
实际设计要求决定印制电路板的大小、形状和连接器的位置。如要你已经选择好了，要用方的印制电路板，不要长的或狭长的形状，因为方的容易设计和制作，印制线应尽可能短。画出印制电路板的草图，标出反面的印制电路板导向件、安装的硬件、连接器和其它占固定位置的元件。
第二步决定电路的布置位置。在草图中，输入／输出电路应邻近连接器，敏感电路应与噪声电路隔离，如图１２－１所示。高速逻辑电路（时间、总线接口逻辑电路）应邻近主连接器，接口电路应邻近接口连接器，模拟电路应与数字电路隔离。大的ＲＡＭ阵列分成两半，中间安装驱动器。还要决定集成电路和其它元件的排列取向。对于双面印制电路板，集成电路应与连接器平行（图１２－２（a）和（b））。对多层印制电路板，集成电路应平行于电路板的长轴方向。
图12-1 数字电路印制电路板：（a）处理器板，（b）接口板，（c）RAM板
图12-2 优选的集成电路走向：（a）双面板，（b）双面板，(c）多层板，（d）多层板
第三步是确定电源和接地的安排。有四点：（１）正确安排电源和地面；（２）使用共面线：（３）用扁平母线：（４）用地平面（图１２－３）。共面线用在绕焊电路板和双面电路板（图１４－４）。片状总线能使Ｖcc－地的噪声减小，但要求特殊母线。这些母线应平行于或在集成电路之下，对于0.15～５Ω的电路阻抗来说，应承载2.5～１５Ａ电流，其分布电容为0.001～２μＦ／m，分布电感为３５nH/m。为了减小地噪声，电路板还必须有大的地线，且垂直于母线。
图12-3 电源/地线：（a）共面线，（b）扁平线，（c）地平面
图12-4 双面板上电源/地线：（a）fc=5.6MHz,Ls=81nH;
(b)fc=10.4MHz,Ls=23nH;(c)fc=14.0MHz,Ls=13nH;(d)fc=14.5MHz,Ls=12nH电缆和接口板、承担功率、接地和数据线，在分系统的组件之间，在分系统之间，在系统之间传输。这些信号的电压可能在几毫伏到几千伏之间，电流可以从几毫安到几百安，频率可以从直流到几吉赫，但是这些接线被认为是传送了所有的信号，不能有任何影响。为此，这些连线应认真设计，装配和安装。
我们首先根据它们的电压、电流和频率区分信号。
为减少在壹根电缆上的线干扰。最弱的信号应至少是最强信号电压的１／４或电流的１／４。通常把电缆分成六组：
１、ＡＣ电源，ＡＣ回路，机壳地，干扰音频的信号和它们的回路；
２、ＤＣ电源，ＤＣ回路，ＤＣ参考，敏感的音频信号和它们的回路；
３、数字信号和它们的回路；
４、ＲＦ干扰信号和它们的回路；
５、敏感ＲＦ信号和它们的回路；
６、天线信号。
敏感的电子系统需要干净的ＡＣ电源，常规分支电路。如果它直截连到主配电盘，并且只对敏感系统提供配电，通常正常工作。
接错线的电源引线能产生一系列问题，如图１３－１所示。ＡＣ电流流过机壳地和内部连接电缆，因为中线和地线在两个引出线上调换了位置，高ＡＣ电流肯定产生噪声问题，并能烧坏信号电缆。机壳地和信号可能在ＡＣ线中产生信频干扰。所以通常，绞合ＡＣ火线和零线。对信频干扰敏感的信号线及回路线可以同ＤＣ电源线和ＤＣ回路线捆扎在一起。
不要用ＤＣ回路，当机壳地或信号回路。绞合ＤＣ电源线和它们的回路线，对于多级放大，引入电源在输出段，屏蔽电源到噪声电路电源电缆，把电缆的两头和中间每隔２λ的距离，捆扎到机壳上。
在一根电缆中最弱信号的电压和电流强度不应低于最强信号强度的１／４。如果可能，把电缆分成摸拟信号电缆、数字信号电缆、射频信号电缆、天线信号电缆和高功率信号电缆。
图13-1 产生大地环路的错误布线
如果你必需把所有信号线混装在同一根电缆中，那么每根信号线都要带有自己的信号回路线，并且使用特殊的地线隔离，噪声信号和敏感信号。
每个信号回路线最多可提供给９个信号线，一个信号回路地对一个信号工作最好，对于双层面板或信号电缆，最好的信号一地排列如下：
信号 地 信号 地……地 信号
地 信号 地 信号……信号 地
对于单排列电缆最好的信号－地排列如下：
信号 地 信号 地……信号 地
在信号源和负载端端接每一个信号回线，给交换和控制用的信号线提供地线。不要连接他们到机壳地上！如果一根信号电缆有多余的线，扎给它们中的一半接地在电缆的一端，其它一半在另一端接地。
确实必要才使用时钟信号，要保持时钟信号和它的回呼线十分紧密地靠在一起。一个0.001m２的时钟环路容易超过ＦＣＣ辐射长射限值。保证隔离的信号线不长于0.15m长，靠近地板的信号线不长于0.5m长。信号线通常有≈0.8mH/m，电感和１００－２００Ω电阻。使用粗线，符合电常数绝缘体。可以减少交调干扰，减小连接器中，靠近其它电缆和靠近电磁装置的环面积（这个面由源、信号线、负载和回路组成）。如果远离金属和磁场，平面的电缆和带状传输线可以好到１５０ＭＨｚ。
有接地板电缆提供比没有接地板的电缆更好的屏蔽和更好的阻抗控制。如果可能，对信号线和回路线配对。
当信号和信号回线配对时，绞合的配对电缆，在１０ＭＨｚ之前可以降低感应耦合和使阻抗不变。在１０ＭＨｚ以上由于电缆长度、绞合弦长（一半绞合长度）应小于到噪声源／敏感电缆／器件距离的１／１０，小于λ／４，λ是电缆中最大频率信号的波长。电缆带有超过１３对绞合线每米。（许多２３对绞合线／每米）应避免，驻波问题从ＤＣ—１ＨＧｚ。所以一些双绞线电缆有相邻相对方向的双绞线，以减小交调干扰，在很多情况下，最大的环面积出现在连接器上，连接器通过传导，接地外壳，可以非常好的减小来自环路的辐射和噪声拾取。
子芯电缆（标明云母分隔的磁屏蔽）有４线纺织在一起形式非常紧凑，产生的环路很小，电缆减小辐射通过等效双绞线电缆可以到因数１０，噪声可以到因数４。
同轴电缆可以提供到１００ＭＨｚ以上，很好地噪声抑制。对于减小低频高电压噪声，把屏蔽层接地接地桩上。对于减小高频高电压噪声，把接地桩和电缆的每0.2λ接地。另外使用屏蔽层屏蔽信号回路。超过≈５０ＫＨｚ屏蔽电流等于信号电流，将电感耦合减至最小。超过１ＭＨｚ同轴电缆象三维电缆。信号回路电流流过屏蔽层的内层，噪声电流流过外层。同轴电缆避免使用螺旋缠绕屏蔽，电缆的屏蔽层用肉眼看其密度要在９５％以上。如果可能屏蔽层接应３６０°固定。在１ＭＨｚ以下你可以使用梳辫子（或软导线），但要保证其长度小于６mm，保证其暴露的内导体尽量短（≤１３mm）。同轴电缆驱动和接收应设计成１００Ω额定阻抗。三维电缆应使用内部屏蔽用作信号回路和外屏蔽接地在驱动端，在接收端，在每0.2λ长。
屏蔽双绞对线电缆提供最好的防护对于电场和磁场１００ＫＨｚ－１０ＭＨｚ，信号和信号回路电流在内导体流过，同时噪声电流在屏蔽层流过。使用双屏蔽双信绞线可在高频场中输送音频信号。外屏蔽层在其端点和每0.2λ接地，内屏蔽层在信号源接地。
许多电缆当弯曲的时候会产生静电噪声，如查在这种问题可以把电缆卡在固定的位置，或者使用那种在绝缘体中具有半导体敷设装置的电缆。高导磁性钢带和防护层可以限制电缆的２５ＫＨｚ－５０ＭＨｚ ＲＦ传导。
应避免未经滤波的ＡＣ电源线进出系统的屏蔽层，在图１３－２（a）线性滤波器的外壳固定在机壳上形成连续的屏蔽。在图１３－２（b）ＡＣ电源线从机壳上的一个小孔引出直接进入线性滤波器。在这两种情况下，线性滤波器与机壳的电阻应小于１mΩ。如果不使用线性滤波器，ＡＣ电源线应从机壳上最近的孔直接接到负载上。让其它的电缆远离这一区域，保证ＡＣ电源线远离机壳上的其它缝隙。如果ＡＣ电源线不需要那么长，捆起来或按８字绕放。
图13-2 滤波器安装
固定ＡＣ电源线紧贴机壳部分远离缝隙，ＡＣ电源电缆、发射机、马达、线圈。
固定信号电缆紧贴机壳部分远离缝隙，ＡＣ电源电缆、发射机、马达和线圈，使信号线离开电源线最少0.15m。分离平行敷设数字信号电缆和ＡＣ电源电缆总长度的１／４０，以获得１０００－１００００：１从ＤＣ到１０ＭＨｚ的隔离度。至少分开平行敷设的模拟信号电缆和ＡＣ电源电缆总长度的１／４，用４mm厚泡沫分离平行信号电缆。如果驱动和接收三维很好地去耦合，到低速装置的输入，输入电缆不需屏蔽。
屏蔽所有的进入高速装置的外部信号电缆。在屏蔽层和机壳连接器之间使用３６０°加固，以得到≈0.5mΩl加固电阻，每感信号需要单独的屏蔽。分隔这些屏蔽层以防止以外的接地。敷施信号线和它们的屏蔽线进入最近的连接器插针。如果屏蔽电流，影响信号，只可采用单点接地。把源末端接地，减少噪声发射，把负载端接地减少噪声拾取。屏蔽ＲＦ信号的屏蔽应把端点接地，并且至少每0.2λ接地。
图１３－３给出了当信号源接地时，各种电缆布置与抗扰度的关系。
图１３－４给出当信号源浮地时各种电缆布置与抗扰度的关系。图１３－３（a）给出参考电路：单一信号线。图１３－３（c）到（f）
图13-3 接地信号源上电缆敏感度
（a）1：1（参考） （b）1：1 （c）2-22：1 （d）4；1（e）1-4：1（f）2-5：1
图13-4 浮地信号源上电缆敏感度
（a）280-10000：1 （b）4-8900：1
（c）1500：1 （d）1600-3200：1 （e）3500-7100：1
我们减小噪声发射和噪声接收通过减少电流环路的有效面积，使源或负载浮地（图１３－４（a）到（e））使得所有信号电流通过电缆屏蔽层或反回导体反回，十分有效地减少有效面积和噪声。请注意，虽然仅仅是沿信号线双绞－信号回路线（图１３－３（d），但可以减７５％噪声发射和噪声拾取。一种简单的方法来屏蔽电缆是用５０～１００mm宽的铝薄带缠绕电缆围绕电缆捆绕，并且用带子或打节固定，目前有一些公司生产铜带、铝带、编织带和用于同样目地的高导磁率带，有一些公司生产可以套在现有电缆上的管子或附件。
１９８３年秋天，我的一个同事带着个问题来找我。他设计了一个新打字机的功能测试装置，有一些噪声问题要分析测试。他试图测量通过电流传感电阻的电压（３００mＶ）上７５mＶ波动）但是得到完全错误的结果。当我用示波器查看这一信号时，我看到一个２Ｖ的尖峰信号在电流传感器信号上。沿着导线我发现这是马达驱动信号（３８Ｖ，１Ａ，冲脉宽度调制在２０ＫＨｚ）并且电流传敏的信号与它通过同一条电缆，我建意把它们分成两个双绞电缆，一个用于马达驱动信号，一个用于电流传感器信号，通过两个分开的连接器进入测试装置，我进行了这一改进，并且安装使测量装置内信号线之间留有１００mm空间，这时，当我再观查电流传感器信号，我看不到任何尖峰了，测量结果如预期的值。
引用 cly 2007/4/3 20:17:52 发表于3楼的内容
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引用 cly 2007/4/3 20:19:17 发表于4楼的内容