如何在電路中采用靜電屏蔽來降低靜電干擾

一、前言

帶電物體接近被測電路的輸入端時，就會發生靜電耦合和干擾。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，就可能產生不穩定的測量結果。由于錯誤的讀數可能由直流或交流靜電場引起，所以靜電屏蔽有助于盡量降低這種電場的影響。

直流電場可能產生有噪聲的讀數或無法探測的誤差。實驗電路附近的運動（例如，操作儀器人員的運動或者在臨近區域里的其它運動等）引起靜電計顯示讀數發生波動，就反映出這種場的存在。為了迅速檢查干擾的存在，在電路附近放置一個帶電的塑料物體，如梳子等。儀表的讀數發生大的變化就說明屏蔽不夠完善。

交流電場同樣會產生麻煩。交流電場常常由供電電源和RF場引起。如果輸入端的交流電壓很大，其一部分信號被整流，于是在被測的直流信號中產生了誤差。用示波器觀察靜電計或皮安計的模擬輸出，可以對此進行檢查。限幅的波形表明需要改進靜電屏蔽。

圖1示出一個交流靜電耦合的例子。在導體（例如電纜或印制電路板上的線）附近的靜電電壓源會產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計算：

i=Cdv/dt +VdC/dt

例如，兩個面積為1厘米2，在空氣中相距1厘米的導體，具有大約0.1pF的電容。若兩個導體之間的電壓差為100V，由于振動引起該電容的變化為0.01pF/秒（10%的電容變化量），這時就能產生1pA 的交流電流。

為了降低電場的影響，可以制作屏蔽將被測電路包圍起來。最容易制作的屏蔽形式為包圍被測電路的簡單的金屬盒子或金屬網。屏蔽盒也可以在市場上買到。

圖2是一個屏蔽的例子。用導電材料制成的屏蔽總是連到靜電計或皮安計的低阻抗輸入端，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導體包圍起來，可以大大降低靜電噪聲源和信號導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生的噪聲電流就經過屏蔽流到地，而不再流過信號線。

總的說來，遵守下列指導原則能夠盡量降低靜電耦合產生的電流：

* 使所有帶電物體（包括人員）和導體遠離測試電路的敏感區域；

* 在測試區域附近避免運動和振動；

* 當測量電流小于1nA時，將被測裝置用金屬閉合物包圍屏蔽起來，并將該閉合物連到測試電路的公共端。

二、屏蔽和保護

屏蔽通常意味著使用金屬的閉合物來避免靜電干擾影響高阻抗電路。而保護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體來阻止可能的干擾電壓或電流。保護措施不一定提供屏蔽。

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