谈电子电路噪声干扰及其抑制

【摘 要】从广义上讲，噪声与干扰是同义词，是指有用信号以外的无用信号。在测量中它严重影响有用信号的测量精度，特别是妨碍对微弱信号的检测。一般来说，噪声是很难消除的，但可以降低噪声的强度，消除或减小其对测量的影响。

【关键词】电子；电路；噪声干扰；抑制

在测量中电子电路噪声干扰严重影响有用信号的测量精度，特别是妨碍对微弱信号的检测。一般来说，噪声是很难消除的，但可以降低噪声的强度，消除或减小其对测量的影响。

1.噪声干扰的来源与耦合方式

1.1形成噪声的三要素

要想设法抑制噪声和干扰，必须首先确定产生噪声的噪声源是什么，接收电路是什么，噪声源和接收电路之间是怎样耦合的，这就是平常所说的形成噪声的三要素，即：噪声源，对噪声敏感的接收电路及耦合通道。然后才能分别采用相应的方法。通常从三个方面加以解决：对于噪声源，应抑制噪声源产生的噪声；对于噪声敏感的接收电路，应使接收电路对噪声不敏感；对于耦合通道，可隔离耦合通道的传输。

1.2噪声的来源

噪声的来源多种多样，归纳起来可分为系统内部元件产生的随机噪声（也称为固有噪声）和系统外部引入的干扰。

固有噪声：电路中各种元器件本身就是噪声源，如电阻的固有噪声主要是由电阻内部的自由电子无规则的热运动造成的。晶体管的散粒噪声、低频噪声等都是固有噪声。

系统外部引入的干扰：其因素较多也较复杂，如50Hz电源谐波所产生的干扰、生产设备所产生的工业干扰等。

1.3噪声的耦合方式

噪声的耦合方式通常有：传导耦合、经公共阻抗耦合和电磁场耦合3种。

1.3.1传导耦合导线经过具有噪声的环境时，拾取到噪声并传送到电路造成干扰。噪声经电路输入引线或电源引线传至电路最为常见。

1.3.2经公共阻抗的耦合通过地线和电源内阻产生的寄生反馈部分。

1.3.3电磁场耦合由感应噪声产生的干扰，包括电场、磁场和电磁感应。电磁场耦合根据辐射源的远近可分为近场感应与远场的辐射。在近场感应中电容性耦合和电感性耦合往往是同时存在。此外，一般高电压回路易产生电容性耦合源；大电流回路易产生电感性耦合源。

2.抑制噪声干扰的方法

抑制噪声干扰必须从产生噪声干扰的三要素出发，找出解决办法。

2.1在噪声发源处抑制噪声

不难理解，在噪声发源处采取措施不让噪声传播出来，问题会迎刃而解。因此在遇到干扰时，无论情况怎样复杂，首先要查找噪声源，然后研究如何将噪声源的噪声抑制下去。工作现场常见的噪声源有电源变压器、继电器、白炽灯、电机运转、集成电路处于开关工作状态等，应根据不同情况采取适当措施，如电源变压器采取屏蔽措施，继电器线圈并接二极管等。

2.2使接收电路对噪声不敏感

这有两方面含义，一是将易受干扰的元器件甚至整个电路屏蔽起来，如对多级放大器中第一级用屏蔽体罩起来，使外来噪声尽量少进人放大器中；二是放大器本身固有噪声尽量小，因此通常选用噪声系数小的元器件，并通过合理布线来降低前置放大器的噪声。

2.3在噪声传播途径中抑制噪声

根据噪声传播途径的不同，采用相应手段将传播切断或削弱，从而达到抑制噪声的目的。

2.3.1噪声传导耦合中最常见的是经输入引线和电源引线引入。对于不同的传导方式，抑制噪声可用不同方法。输入引线通常采用屏蔽方法来抑制噪声，如采用电缆线等。为防止经电源引线引入噪声，通常在对噪声敏感的某一级或几级或整个电路的直流供电线上加入RC去耦电路。另外，使引线远离噪声源也是一种有效的办法。

2.3.2公共阻抗耦合有两种：电源内阻和地线。其抑制噪声干扰的方法与抑制自激振荡相同。

2.3.3抑制电磁场耦合噪声。抑制电磁场耦合噪声的常用方法是采用屏蔽技术和接地技术。

3.屏蔽技术与接地技术

屏蔽与接地是抑制干扰比较有效且经常采用的方法。

3.1屏蔽技术

所谓屏蔽，就是对两个指定空间区域进行金属隔离，以抑制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和传播。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、^ 电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。屏蔽一般有静电屏蔽与电磁屏蔽两种。

静电屏蔽的作用是消除两个电路之间由于分布电容的耦合而产生的干扰。例如，在变压器的一次侧与二次侧的两个线圈间插入铜箔屏蔽层并将其接地，这样就构成静电屏蔽，其原理是在屏蔽体接地后，干扰电流经屏蔽体短路入地。另外，在两个导体之间放置一个接地导体，就会减弱导体之间的静电耦合，因此可以说接地的导体具有屏蔽作用。屏蔽线是最常用的导线静电屏蔽形式，它是用金属网将导线包围起来，当外层金属网用适当形式接地后不仅可保护导线不受外界电场影响，又可防止导线上产生的电场线向外泄漏。

电磁屏蔽主要用于消除高频电磁场对外部的影响。可用低电阻率的金属材料做成屏蔽体，使电磁场在屏蔽金属内部产生涡流起到屏蔽作用。屏蔽体通常做成矩形或圆柱，将电路元件完全包围起来，其中以圆柱形屏蔽效果最佳。如果将屏蔽体接地，则同时也兼有静电屏蔽的作用。

3.2接地技术

接地与屏蔽一样，也是抑制干扰的有效方法之一，如果能把屏蔽与接地正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。

所谓接地，就是选择一个等电位点，它是系统或电路的基准电位，即参考点，但并不一定是大地电位。一般仪器机壳要接大地，这种地线称为保护地线，主要目的是保护人身安全。这里所说的接地是指电路的信号地线，它不一定与大地相连。

3.2.1电路接地方式。信号地线的接地方式有一点接地和多点接地两种。一点接地又有两种接法，即串联接地和并联接地。串联接地方式从防止干扰来说是不合理的。因各地线串联，地线呈现的电阻容易形成公共地线干扰；但由于比较简单，当各电路的电平相差不大的时使用较多。并联接地多用于低频电路中，并联接地没有公共阻抗支路，由于其连线较多，当连线较长时，地线阻抗就会较大，因此，不太适用于高频信号。多点接地是一种将电路中所用的地线分别连到最近的地线排上的一种方法，地线剩^一般是机壳，这样可以降低地线阻抗，比较适用于高频信号。特别要注意的是，交流电源的地线不能用作信号地线，因为在一段电源地线的两点间会有数百毫伏甚至几伏的电压，这对低电平电路来说是一个非常严重的干扰。

3.2.2模拟地与数字地。在较大的电子系统中往往既有模拟电路，又有数字电路，为了防止数字信号（即大信号）对模拟电路产生干扰，一般将两者地线分开，采用模拟地线和数字地线，使模拟电路和数字电路自成回路，这是很好的防干扰措施。