噪声抑制和如何使用频谱和滤波器——第二讲

如何使用屏蔽和滤波器

在某一点使用屏蔽和滤波器
滤波器用于通过导体传导的噪声，而屏蔽用于通过空间传导的噪声。但是，因为传导噪声的导体也会用作天线，所以这两类传导也会通过作为天线导体而互相转换。因此，为了完全隔离噪声，需要在一个位置同时使用滤波器和屏蔽。
例如，当屏蔽用于隔离空间传导时，如果如图1所示存在一个导体穿过屏蔽，这个导体会拾取屏蔽内的噪声并吸到屏蔽之外，造成噪声发射。因此，使用屏蔽不能完全隔离空间传导。
同样，当滤波器用于隔离导体传导时，通过如图2所示的空间传导，在滤波器前后的导线彼此耦合。因此，只用滤波器也无法完全隔离导体传导。

图1 导体传导会在屏蔽罩上造成漏洞

图2 空间传导会绕过滤波器

如图3所示在一个位置同时使用屏蔽罩和滤波器时，隔离空间传导和导体传导两者将完全消除噪声。
如果噪声源和滤波器之间的导体长度如图4所示明显较短，导体作为天线的影响可以忽略，且只用滤波器就可以一定程度消除噪声。因此，如果可以在靠近噪声源的位置使用滤波器，只用滤波器就能实现噪声抑制。

图3 通过滤波器和屏蔽组合可以隔离噪声

图4 如果导体短，只用滤波器就能实现噪声抑制

[p] 滤波器和接地

为了有效使用滤波器和屏蔽，通常需要良好接地。
如果滤波器内存在内置的旁路电容，接地会成为噪声电流返回噪声源的通道，如图5所示。您需要考虑保持此元件具有很低的阻抗。
如果对地阻抗如图6(a)所示一样大，由于噪声电流，接地会产生电压，因此无法彻底消除噪声。如果这个接地与连接到另一个滤波器的另一条导线共享，接地处产生的电压会通过滤波器电容转回其他线路。
通过接地阻抗耦合的这个噪声类型称为公共阻抗耦合。接地处具有噪声的这个状态也称为共模噪声发生。共模噪声会在后续章节中说明。公共阻抗耦合是造成共模噪声的机制之一。
因为具有内置电容的滤波器效果容易受到相连接地状况的影响，所以需要使用具有低阻抗的稳定接地。

图5 噪声的电流路径

图6 接地中阻抗的影响

[p] 屏蔽和接地

屏蔽也需要接地。
静态屏蔽必须连接到接地，原则上是外部接地（零电压）。由于被屏蔽电场中的变化而使连接到接地的导线中有电流，所以导线必须低阻抗。
许多情况下，使用屏蔽的电缆时，屏蔽层也会成为已流过内部导体电流的回路（例如同轴电缆的外部导体）。因此，需要连接到可以返回此电流的接地处（屏蔽信号时，连接到电路接地）。
类似图6的情形，噪声已经引导到大地时，如果屏蔽连接到接地，屏蔽延长，然后就像天线一样从接地发出噪声，可能会增加噪声。连接屏蔽时，需要选择电压稳定、阻抗低的接地。

外壳屏蔽罩实际上是相对良好的接地。如果有一个屏蔽罩盖住了整个电子设备，则这个屏蔽罩本身就可能是噪声抑制的良好接地，即使未与大地相连（如果放电电流因需要抑制静电或其他电流而排放到大地，则需要接地）。因此，我们称这个接地为外壳屏蔽接地。
这个外壳屏蔽接地也可以用作屏蔽电缆的接地。但是，为了把这个屏蔽罩用作上述信号的回路，需要用电路接地进行连接。因此，如果外壳屏蔽接地和电路接地已经隔离，则连接会变复杂。图7显示了屏蔽电缆接地连接的示例。

图7 屏蔽电缆接地连接示例

接地加强

如上所述，有必要连接到稳定的接地，增强滤波器和屏蔽罩的效果。此外，当使用盖住了整个设备的屏蔽罩时，这个屏蔽罩本身可以用作稳定的接地。因此，屏蔽通常具有稳定接地的功能。

如果有导线穿过这个屏蔽罩，如图2所示提供了一个孔允许噪声进出屏蔽罩，会使屏蔽罩接地不稳定。这种情况下，可以在这根导线中使用滤波器阻止噪声进出，因此可以稳定屏蔽罩接地。

如上所述，合适的屏蔽罩和滤波器可以作为稳定的接地，因此屏蔽罩、滤波器和接地之间有互相协助的关系。
除上述屏蔽罩接地之外，电路接地也是接地类型，且经常会感应出比屏蔽罩接地更多的噪声电压。这种接地称为“稳定接地”。与此相反，未感应到噪声的接地称为“不稳定接地 ”。

较为理想的是连接屏蔽罩或滤波器的模块接地。但是，需要电路接地连线来返回信号回流，或把噪声电流返回到噪声源点。如果电路接地不稳定，应通过减少电路接地的阻抗，提供沿着电路板的接地层，或连接外壳屏蔽接地，尽量降低噪声电压。
通过以这种方式降低电压来稳定接地噪声的操作称为“接地加强”。用屏蔽罩盖住一部分电路板有助于接地加强。图8显示了接地加强的一些方法。

图8 接地加强示例

[p] 滤波器和接地

把电缆连接到屏蔽罩时，连接滤波器可防止噪声通过电缆进出。这个滤波器的接地会在电路板上形成。但是，为了稳定接地，经常被连接到屏蔽罩接地，而不是电路接地。因此，在连接电缆的区段处经常会形成与屏蔽罩接地连接的滤波器接地。此处，我们称这个接地为“滤波器接地”。

通常，滤波器接地不仅连接到屏蔽罩接地，而且连接到电路接地，以便把电路内生成的噪声返回到噪声源。这种情况下，同时还起到了电路接地的接地加强作用。使 用屏蔽的电缆时，屏蔽层可以连接到滤波器接地。这种情况下，必须以极低的阻抗将其连接到屏蔽罩接地，因为屏蔽电缆的效果会因滤波器接地的质量而异。
图9 显示了滤波器接地的示例。关于屏蔽罩接地，最重要的是以极低的阻抗保持滤波器接地。

尽管前面已经阐述了滤波器的接地要以低阻抗连接到噪声源（关于电路接地），图9显示了优先连接到屏蔽罩接地。这是因为实际上很难以低阻抗 返回噪声源，因为电缆的连接点通常远离噪声源。此外，其他电路的噪声因电路接地不稳定的情况较多，即使连接低阻抗滤波器接地，也很难提升效果。

因此，当在接近噪声源的位置处为单个电路使用滤波器时，如前面所述把滤波器连接到电路接地。但是，当噪声源很远（例如在接线盒处）且需要考虑两个 以上噪声源时，要实现此连接会很困难。一个实用的技巧是在接线盒处使用滤波器，如图9所示可以找到屏蔽罩接地等稳定的接地，并连接滤波器接地。

图9 使用滤波器接地的连接示例