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(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)定的測量結(jié)果。由于錯誤的讀數(shù)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(chǎn)生有噪聲的讀數(shù)或無法探測的誤差。實(shí)驗(yàn)電路附近的運(yùn)動（例如，操作儀器人員的運(yùn)動或者在臨近區(qū)域里的其它運(yùn)動等）引起靜電計(jì)顯示讀數(shù)發(fā)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(shù)發(fā)生大的變化就說明屏蔽不夠完善。

交流電場同樣會產(chǎn)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(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，可以對此進(jìn)行檢查。限幅的波形表明需要改進(jìn)靜電屏蔽。

圖1示出一個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計(jì)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(dǎo)體，具有大約0.1pF的電容。若兩個導(dǎo)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(chǎn)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(wǎng)。屏蔽盒也可以在市場上買到。

圖2是一個屏蔽的例子。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(dǎo)體包圍起來，可以大大降低靜電噪聲源和信號導(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)過屏蔽流到地，而不再流過信號線。

總的說來，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)離測試電路的敏感區(qū)域；

* 在測試區(qū)域附近避免運(yùn)動和振動；

* 當(dāng)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(hù)

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(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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