低噪声放大器设计中的屏蔽和接地技术研究

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低噪声放大器的屏蔽与接地 图 =>3@ 是低噪声放大器的屏蔽与接地实 例 图 ，
这样的放大器屏蔽与接地方式也是比较成功的。
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结束语 屏蔽和接地技术是低噪声设计关键技术之一，
接地密切相关。 要有好的屏蔽效果， 除了必须仔细考 虑屏蔽层的接法外， 还必须注意接地方式。 只要采取 了合理的屏蔽和接地方法， 一般来说， 干扰基本上可 以克服。
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屏蔽的分类 屏蔽一般可分为以下几类： 静电屏蔽—— —防止静电耦合干扰； 电磁屏蔽—— —主要用 于 高 频 （ 或高阻 ) ",FGH）
（ 3 ） 接地接线图
图,
通常接地示意图
图 中 $ () 为 电 缆 电 阻 ， $ (* 为 屏 蔽 层 电 阻 ， ’+, 为 放大器输入阻抗， $ * 为地电阻， -(. 是源电阻与放大 器地之间的电位差所造成的共模源（ 噪声源） 。如果
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并联一点接地示意图
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类， 低噪声放大器中的接地主要是指信号接地。接 地的目的是希望放大器所有彼此连接的接地点与 地的阻抗尽量小， 从而降低地线电流对放大器的影
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个电路各自的参考电位分别为 !& !#"’$， !"!#$’$， !%! 在不考虑它们之间互感的情况下， 各电路的地 #%’%， 电位只与本电路的地电流、 地线阻抗有关， 而与其 它电路无关， 地电流各自独立、 互不干扰， 是一种常 用的好方法。但这种方式需要很多根接地连线， 用 起来比较笨重， 且在高频时， 因为各路地线电感之 间的互感将造成噪声的耦合。当频率升高时， 特别 是当地线长度为 " + , 波长的奇数倍时， 地线阻抗变 得很高， 这时地线就变成了天线， 可向外辐射信号。 因此， 这种接地法适用于数兆赫兹以下的电路。
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若 <5=!>， 即完全断开源地， 则 ! "?+。 若 # $%?,4!@则 ! "?+)AB8&。 因此浮地法将减小干扰达 ,$+CD 。
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屏蔽技术 所谓屏蔽，是指用低电阻材料或磁性材料制成
的容器将需要隔离的电路包围起来的方法。屏蔽与
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不流经放大器地线， 只流过导线屏蔽层 !!<!=!,， 和放大器屏蔽罩， 这种接法是合理的。 如采用图 =>?@ 所示电路， 若导线屏蔽层不接地， 地电位差 !,= 引起 干扰电 的地线干扰电流回路为 ,!$!#!<!=!,， 流流经放大器地线， 对放大器造成极大干扰， 导线屏 蔽层不起作用， 这种接法不合理。若采用如图 =>/@所 示电路， 放大器零信号参考点不接屏蔽罩外壳， 地电 位差 !,= 引起的地线干扰电流回路为 ,!$!#!<! 干扰电流也同样流经放大器地线， 对放大器造 =!,， 成极大干扰， 屏蔽罩不起作用， 这种接法也不合理。 由此可得出设置屏蔽的二条原则， 即： 第一， 导线屏 蔽层应在信号接地处与零信号参考电位点相连接。 这样，屏蔽可看成不需要电流返回接地点的泄露通 道； 第二， 若要使静电屏蔽罩有效， 就必须将屏蔽罩 内电路的零信号参考电位点与屏蔽罩相连接。如果 信号接地或接大地， 那么屏蔽罩也要接地或接大地。 如果信号不接地或大地，则屏蔽罩也不能接地或大 地。 图% 低噪声匹配变压器结构示意图
引 言 响。信号地又可分为一点接地和多点接地二种方 式。
屏蔽就是将放大器装在屏蔽罩内， 屏蔽罩上带 有一定的电位， 以阻止不平衡源阻抗中所流过的电 流， 从而消除输入端的噪声电压， 尤其是共模噪声 的影响。接地则可以消除各电路回路流过地电阻所 产生的噪声， 避免地回路中噪声的耦合。在微弱信 号检测中， 由于有用信号极其微弱， 其量级通常低 于 !&， 被强大的噪声所淹没， 因此要设计这样的放 大电路， 采用合理的屏蔽和接地技术， 可以最大限 度地降低外部的干扰、 耦合等噪声。所以， 正确掌握 屏蔽和接地技术， 对于设计优质的低噪声放大器有 很重要的意义。
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串联一点接地 信号串联一点接地方式的地回路干扰如图 , 所
示， 导线本身有一定的阻抗。 图 , 中， !" 为电路 M 的 零电位参考点 M 的电位； !# 为电路 = 的零电位参考 点 = 的电位； !$ 为 电 路 L 的 零 电 位 参 考 点 L 点 的 电位。
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接地技术 一般接地按其目的可分为保护地和信号地两 图, 由图 , 可知 串联一点接地示意图 （ ,）
（ 合肥 ,)合肥工业大学计算机学院，
合肥 $!++P,； !)煤科总院合肥所，
摘要：论述了低噪声放大器设计中的几种屏蔽和接地方法，指出了屏蔽与接地的一些基本原 则， 并给出了二个屏蔽与接地实例。 关键词： 低噪声； 屏蔽； 接地 中图分类号： <*%$$ 文献标识码： = 文章编号： ,++,>,!?+（ $++,） +%>+++">+#
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浮空接地 现在先讨论地回路对放大器的影响。 如图 , 所示， 是通常的接地连接， 它有二个接地
点： 源地和放大器地， 信号线用双芯屏蔽电缆， 图, 图 ,254 和 图 ,264 则 是 它 的 等 效 电 路 234 是实际 连 接 ， 和简化图。
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并联一点接地 并联一点接地如图 $ 所示。在这种情况下， 三
现 在 举 例 说 明 ， 设 $ * !1*1"! ， -(. !"89， $) ! 则 0 ,!1*<:89 。 :11!， $ ()!"!， ’+,!"1;!， $ (*!"!， 这样大的 0 , 加到放大器的输入端是不可想象 的。 在这种情况下就应该考虑浮空接地的办法， 如图 将地回路的电流通 : 所示。在源地处加一电阻 $ )*， 过 $ )* 减少， 若有 $ (*77$ )#$ ()#’+, $ )*==$ (*#$ * ’+, $ 则 0,! ・ (* ・ ’+, 1$ () 1$ ) $ )* (.
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低噪声放大器的屏蔽原则 如图 I 所示电路，是一微弱信号经放大器的示
意图， 其中 * 是对地分布电容。 如采用图 IJ3K 所示电 路，地电位差 +,I 引起的地线干扰电流回路为 , !
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实际接地 在实际工作中，接地不一定如上面所讨论的那
么简单， 特别在微弱信号处理系统中， 不可避免地出 现强电电路和弱电电路同时并存的情况，它们连成 一个系统共同工作， 这时接地方式就必须全面考虑。 在低频时，一般用串并联相结合的一点接地的综合 法，但这种方法必须在符合噪声标准和简单易行的 前提下， 统筹兼顾， 分组连接， 即低电平装置共用一 组接地线， 高电平接地装置共用另一组接地线， 将功 率相差很远、 噪声电平相差很大的电路分开， 用不同 的地线。必要时， 可用光电耦合电路进行隔离， 这在 低噪声放大电路中常用。 另外， 也可用隔离变压器进 行隔离。 高频时， 多用多点接地方式。 一般来说， 比较 复杂的系统至少要有三个以上分开的地线系统， 即 低电平地、 高电平地、 电源地， 它们在电气上可以是 分开的， 也可以是一点接地。