如何降低靜電干擾?靜電屏蔽電路來(lái)解圍
發(fā)布時(shí)間:2015-02-16 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】從事電路設(shè)計(jì)的工程師或多或少都會(huì)遇見(jiàn)靜電干擾的情況,那么如何有效的降低靜電干擾呢?方法很多,這里小編就將其中一種:靜電屏蔽電路來(lái)如何幫你解圍靜電干擾煩惱!
帶電物體接近被測(cè)電路的輸入端時(shí),就會(huì)發(fā)生靜電耦合和干擾。在低阻抗之下,由于電荷迅速消散,所以干擾的影響不明顯。然而,高阻材料不允許電荷迅速衰減,就可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。由于錯(cuò)誤的讀數(shù)可能由直流或交流靜電場(chǎng)引起,所以靜電屏蔽有助于盡量降低這種電場(chǎng)的影響。直流電場(chǎng)可能產(chǎn)生有噪聲的讀數(shù)或無(wú)法探測(cè)的誤差。實(shí)驗(yàn)電路附近的運(yùn)動(dòng)(例如,操作儀器人員的運(yùn)動(dòng)或者在臨近區(qū)域里的其它運(yùn)動(dòng)等)引起靜電計(jì)顯示讀數(shù)發(fā)生波動(dòng),就反映出這種場(chǎng)的存在。為了迅速檢查干擾的存在,在電路附近放置一個(gè)帶電的塑料物體,如梳子等。儀表的讀數(shù)發(fā)生大的變化就說(shuō)明屏蔽不夠完善。
交流電場(chǎng)同樣會(huì)產(chǎn)生麻煩。交流電場(chǎng)常常由供電電源和RF場(chǎng)引起。如果輸入端的交流電壓很大,其一部分信號(hào)被整流,于是在被測(cè)的直流信號(hào)中產(chǎn)生了誤差。用示波器觀察靜電計(jì)或皮安計(jì)的模擬輸出,可以對(duì)此進(jìn)行檢查。限幅的波形表明需要改進(jìn)靜電屏蔽。圖2-42示出在靜電計(jì)的2V模擬輸出端觀察到的限幅波形。在這個(gè)例子中,限幅作用使直流讀數(shù)降低大約50%。
對(duì)于SMU來(lái)說(shuō),在其保護(hù)端和公共端之間連接示波器就可以觀察交流干擾情況。
圖1示出一個(gè)交流靜電耦合的例子。在導(dǎo)體(例如電纜或印制電路板上的線)附近的靜電電壓源會(huì)產(chǎn)生正比于電荷變化率和耦合電容變化率的電流。該電流可以按下式來(lái)計(jì)算:
i = C dv / dt + V dC / dt
例如,兩個(gè)面積為1厘米2,在空氣中相距1厘米的導(dǎo)體,具有大約0.1pF的電容。若兩個(gè)導(dǎo)體之間的電壓差為100V,由于振動(dòng)引起該電容的變化為0.01pF/秒(10%的電容變化量),這時(shí)就能產(chǎn)生1pA 的交流電流。
為了降低電場(chǎng)的影響,可以制作屏蔽將被測(cè)電路包圍起來(lái)。最容易制作的屏蔽形式為包圍被測(cè)電路的簡(jiǎn)單的金屬盒子或金屬網(wǎng)。屏蔽盒也可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到。
圖2是一個(gè)屏蔽的例子。用導(dǎo)電材料制成的屏蔽總是連到靜電計(jì)或皮安計(jì)的低阻抗輸入端,或者連到SMU的LO輸出端(或公共端)。如果電路LO端對(duì)地浮空,則要采取特別的安全措施,避免人員觸及該屏蔽。
儀表HI端和被測(cè)裝置之間的電纜也需要屏蔽。用連接到LO端的金屬屏蔽將信號(hào)導(dǎo)體包圍起來(lái),可以大大降低靜電噪聲源和信號(hào)導(dǎo)體或電纜之間的電容耦合,如圖3所示。有了這種屏蔽,由靜電電壓源和耦合電容產(chǎn)生的噪聲電流就經(jīng)過(guò)屏蔽流到地,而不再流過(guò)信號(hào)線。
總的說(shuō)來(lái),遵守下列指導(dǎo)原則能夠盡量降低靜電耦合產(chǎn)生的電流:
* 使所有帶電物體(包括人員)和導(dǎo)體遠(yuǎn)離測(cè)試電路的敏感區(qū)域。
* 在測(cè)試區(qū)域附近避免運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。
* 當(dāng)測(cè)量電流小于1nA時(shí),將被測(cè)裝置用金屬閉合物包圍屏蔽起來(lái),并將該閉合物連到測(cè)試電路的公共端。
屏蔽和保護(hù)
屏蔽通常意味著使用金屬的閉合物來(lái)避免靜電干擾影響高阻抗電路。而保護(hù)意味著使用保持在與高阻抗電路相同電位的附加的低阻抗導(dǎo)體來(lái)阻止可能的干擾電壓或電流。保護(hù)措施不一定提供屏蔽。
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