如何使用屏蔽和濾波器

在某一點使用屏蔽和濾波器
濾波器用于通過導體傳導的噪聲，而屏蔽用于通過空間傳導的噪聲。但是，因為傳導噪聲的導體也會用作天線，所以這兩類傳導也會通過作為天線導體而互相轉換。因此，為了完全隔離噪聲，需要在一個位置同時使用濾波器和屏蔽。
例如，當屏蔽用于隔離空間傳導時，如果如圖1所示存在一個導體穿過屏蔽，這個導體會拾取屏蔽內的噪聲并吸到屏蔽之外，造成噪聲發射。因此，使用屏蔽不能完全隔離空間傳導。
同樣，當濾波器用于隔離導體傳導時，通過如圖2所示的空間傳導，在濾波器前后的導線彼此耦合。因此，只用濾波器也無法完全隔離導體傳導。





如圖3所示在一個位置同時使用屏蔽罩和濾波器時，隔離空間傳導和導體傳導兩者將完全消除噪聲。
如果噪聲源和濾波器之間的導體長度如圖4所示明顯較短，導體作為天線的影響可以忽略，且只用濾波器就可以一定程度消除噪聲。因此，如果可以在靠近噪聲源的位置使用濾波器，只用濾波器就能實現噪聲抑制。



[page]濾波器和接地

為了有效使用濾波器和屏蔽，通常需要良好接地。
如果濾波器內存在內置的旁路電容，接地會成為噪聲電流返回噪聲源的通道，如圖5所示。您需要考慮保持此元件具有很低的阻抗。
如果對地阻抗如圖6(a)所示一樣大，由于噪聲電流，接地會產生電壓，因此無法徹底消除噪聲。如果這個接地與連接到另一個濾波器的另一條導線共享，接地處產生的電壓會通過濾波器電容轉回其他線路。
通過接地阻抗耦合的這個噪聲類型稱為公共阻抗耦合。接地處具有噪聲的這個狀態也稱為共模噪聲發生。共模噪聲會在后續章節中說明。公共阻抗耦合是造成共模噪聲的機制之一。
因為具有內置電容的濾波器效果容易受到相連接地狀況的影響，所以需要使用具有低阻抗的穩定接地。



[page]屏蔽和接地

屏蔽也需要接地。
靜態屏蔽必須連接到接地，原則上是外部接地（零電壓）。由于被屏蔽電場中的變化而使連接到接地的導線中有電流，所以導線必須低阻抗。
許多情況下，使用屏蔽的電纜時，屏蔽層也會成為已流過內部導體電流的回路（例如同軸電纜的外部導體）。因此，需要連接到可以返回此電流的接地處（屏蔽信號時，連接到電路接地）。
類似圖6的情形，噪聲已經引導到大地時，如果屏蔽連接到接地，屏蔽延長，然后就像天線一樣從接地發出噪聲，可能會增加噪聲。連接屏蔽時，需要選擇電壓穩定、阻抗低的接地。

外殼屏蔽罩實際上是相對良好的接地。如果有一個屏蔽罩蓋住了整個電子設備，則這個屏蔽罩本身就可能是噪聲抑制的良好接地，即使未與大地相連（如果放電電流因需要抑制靜電或其他電流而排放到大地，則需要接地）。因此，我們稱這個接地為外殼屏蔽接地。
這個外殼屏蔽接地也可以用作屏蔽電纜的接地。但是，為了把這個屏蔽罩用作上述信號的回路，需要用電路接地進行連接。因此，如果外殼屏蔽接地和電路接地已經隔離，則連接會變復雜。圖7顯示了屏蔽電纜接地連接的示例。


接地加強

如上所述，有必要連接到穩定的接地，增強濾波器和屏蔽罩的效果。此外，當使用蓋住了整個設備的屏蔽罩時，這個屏蔽罩本身可以用作穩定的接地。因此，屏蔽通常具有穩定接地的功能。

如果有導線穿過這個屏蔽罩，如圖2所示提供了一個孔允許噪聲進出屏蔽罩，會使屏蔽罩接地不穩定。這種情況下，可以在這根導線中使用濾波器阻止噪聲進出，因此可以穩定屏蔽罩接地。

如上所述，合適的屏蔽罩和濾波器可以作為穩定的接地，因此屏蔽罩、濾波器和接地之間有互相協助的關系。
除上述屏蔽罩接地之外，電路接地也是接地類型，且經常會感應出比屏蔽罩接地更多的噪聲電壓。這種接地稱為“穩定接地”。與此相反，未感應到噪聲的接地稱為“不穩定接地 ”。

較為理想的是連接屏蔽罩或濾波器的模塊接地。但是，需要電路接地連線來返回信號回流，或把噪聲電流返回到噪聲源點。如果電路接地不穩定，應通過減少電路接地的阻抗，提供沿著電路板的接地層，或連接外殼屏蔽接地，盡量降低噪聲電壓。
通過以這種方式降低電壓來穩定接地噪聲的操作稱為“接地加強”。用屏蔽罩蓋住一部分電路板有助于接地加強。圖8顯示了接地加強的一些方法。


[page]濾波器和接地

把電纜連接到屏蔽罩時，連接濾波器可防止噪聲通過電纜進出。這個濾波器的接地會在電路板上形成。但是，為了穩定接地，經常被連接到屏蔽罩接地，而不是電路接地。因此，在連接電纜的區段處經常會形成與屏蔽罩接地連接的濾波器接地。此處，我們稱這個接地為“濾波器接地”。

通常，濾波器接地不僅連接到屏蔽罩接地，而且連接到電路接地，以便把電路內生成的噪聲返回到噪聲源。這種情況下，同時還起到了電路接地的接地加強作用。使 用屏蔽的電纜時，屏蔽層可以連接到濾波器接地。這種情況下，必須以極低的阻抗將其連接到屏蔽罩接地，因為屏蔽電纜的效果會因濾波器接地的質量而異。
圖9 顯示了濾波器接地的示例。關于屏蔽罩接地，最重要的是以極低的阻抗保持濾波器接地。

盡管前面已經闡述了濾波器的接地要以低阻抗連接到噪聲源（關于電路接地），圖9顯示了優先連接到屏蔽罩接地。這是因為實際上很難以低阻抗 返回噪聲源，因為電纜的連接點通常遠離噪聲源。此外，其他電路的噪聲因電路接地不穩定的情況較多，即使連接低阻抗濾波器接地，也很難提升效果。

因此，當在接近噪聲源的位置處為單個電路使用濾波器時，如前面所述把濾波器連接到電路接地。但是，當噪聲源很遠（例如在接線盒處）且需要考慮兩個 以上噪聲源時，要實現此連接會很困難。一個實用的技巧是在接線盒處使用濾波器，如圖9所示可以找到屏蔽罩接地等穩定的接地，并連接濾波器接地。