电子系统中噪声的抑制与衰减技术（第二版） (2010 年度畅销榜NO.2571 )

随着电路在通信、计算机、自动化以及其他方面的广泛应用，电磁干扰已经成为电路设计师所要面对的一个重要问题。\r\n\r\n 本书包括电路中噪声抑制技术实践应用的方方面面。涵盖了两种基本的噪声控制方法：屏蔽和接地；介绍了其他一些噪声抑制技术：如电路平衡、去耦、滤波等；还介绍了电缆布线、无源器件、触点保护、本征噪声源、有源器件的噪声等方面的内容；同时还介绍了数字电路与静电放电的噪声和辐射方面的问题。\r\n\r\n 本书适合于从事电子设备或系统设计的工程师使用，也可作为实用噪声抑制技术的教材。\r\n
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第1章 绪论 \r\n\r\n 电磁兼容性设计 \r\n\r\n EMC标准 \r\n\r\n FCC标准 \r\n\r\n FCC Part 15第J部分 \r\n\r\n 国际一致性 \r\n\r\n 敏感度 \r\n\r\n 军用标准 \r\n\r\n 噪声耦合的方法 \r\n\r\n 其他噪声源 \r\n\r\n 消除干扰的方法 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第2章 电缆布线 \r\n\r\n 容性耦合 \r\n\r\n 屏蔽对容性耦合的影响 \r\n\r\n 感性耦合 \r\n\r\n 互感的计算 \r\n\r\n 屏蔽对磁性耦合的影响 \r\n\r\n 屏蔽层和内导线间的磁性耦合 \r\n\r\n 磁性耦合——裸线对屏蔽的导线 \r\n\r\n 防磁性辐射的屏蔽 \r\n\r\n 接收器的磁场屏蔽 \r\n\r\n 屏蔽电缆的转移阻抗 \r\n\r\n 实验数据 \r\n\r\n 屏蔽选择实例 \r\n\r\n 同轴电缆与屏蔽双绞线 \r\n\r\n 编织屏蔽层 \r\n\r\n “猪尾巴”效应 \r\n\r\n 扁平带状电缆 \r\n\r\n 长电缆 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第3章 接地 \r\n\r\n 安全接地 \r\n\r\n 信号接地 \r\n\r\n 单点接地系统 \r\n\r\n 多点接地系统 \r\n\r\n 混合接地 \r\n\r\n 功能化接地布局 \r\n\r\n 实用的低频接地 \r\n\r\n 硬件地 \r\n\r\n 单点接地的电路 \r\n\r\n 放大器的屏蔽 \r\n\r\n 电缆屏蔽层的接地 \r\n\r\n 地环路 \r\n\r\n 共模扼流圈的低频分析 \r\n\r\n 共模扼流圈的高频分析 \r\n\r\n 差分放大器 \r\n\r\n 高频时的屏蔽层接地 \r\n\r\n 保护屏蔽 \r\n\r\n 有保护仪表 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第4章 电路平衡与滤波 \r\n\r\n 电路平衡 \r\n\r\n 电源去耦 \r\n\r\n 去耦滤波器 \r\n\r\n 放大器去耦 \r\n\r\n 驱动容性负载 \r\n\r\n 高频滤波 \r\n\r\n 系统带宽 \r\n\r\n 调制与编码 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第5章 无源器件 \r\n\r\n 电容器 \r\n\r\n 电容器的并联 \r\n\r\n 电感器 \r\n\r\n 变压器 \r\n\r\n 电阻器 \r\n\r\n 电阻器的噪声 \r\n\r\n 导线 \r\n\r\n 铁氧体磁珠 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第6章 屏蔽 \r\n\r\n 近场和远场 \r\n\r\n 场的特性和波阻抗 \r\n\r\n 屏蔽效能 \r\n\r\n 吸收损耗 \r\n\r\n 反射损耗 \r\n\r\n 平面波的反射损耗 \r\n\r\n 近场区的反射损耗 \r\n\r\n 电场的反射损耗 \r\n\r\n 磁场的反射损耗 \r\n\r\n 吸收损耗和反射损耗的合成 \r\n\r\n 屏蔽效能计算公式综述 \r\n\r\n 磁性材料的屏蔽 \r\n\r\n 磁场衰减实验数据 \r\n\r\n 开孔 \r\n\r\n 波导与波导截止频率 \r\n\r\n 导电衬垫 \r\n\r\n 导电窗口 \r\n\r\n 导电镀膜 \r\n\r\n 腔体谐振 \r\n\r\n 屏蔽体的接地 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第7章 触点保护 \r\n\r\n 辉光放电(气体放电) \r\n\r\n AC／DC电路 \r\n\r\n 触点材料 \r\n\r\n 接触器的额定值 \r\n\r\n 瞬态大电流负载 \r\n\r\n 感性负载 \r\n\r\n 触点保护的基本原理 \r\n\r\n 感性负载的瞬态现象抑制方法 \r\n\r\n 感性负载的触点保护网络 \r\n\r\n 晶体管开关控制的感性负载 \r\n\r\n 电阻性负载的触点保护 \r\n\r\n 触点保护方案选择指南 \r\n\r\n 触点保护方案设计实例 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第8章 本征噪声源 \r\n\r\n 热噪声 \r\n\r\n 热噪声的特性 \r\n\r\n 等效噪声带宽 \r\n\r\n 散粒噪声 \r\n\r\n 接触噪声 \r\n\r\n “爆米花”噪声 \r\n\r\n 噪声电压的补充 \r\n\r\n 随机噪声的测量 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第9章 有源器件的噪声 \r\n\r\n 噪声因数 \r\n\r\n 噪声因数的测量 \r\n\r\n 利用噪声因数计算信噪比和输入噪声电压 \r\n\r\n 噪声电压与噪声电流模型 \r\n\r\n V 和I 的测量 \r\n\r\n 根据V -I 特性计算噪声因数和信噪比 \r\n\r\n 最优源电阻 \r\n\r\n 级联网络的噪声因数 \r\n\r\n 噪声温度 \r\n\r\n 双极型晶体管的噪声特性 \r\n\r\n 结型场效应晶体管(FET)的噪声特性 \r\n\r\n 集成运算放大器的噪声特性 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第10章 数字电路的噪声与布局 \r\n\r\n 频域和时域 \r\n\r\n 模拟电路和数字电路 \r\n\r\n 数字逻辑电路的噪声 \r\n\r\n 内部噪声源 \r\n\r\n 数字电路的地噪声 \r\n\r\n 数字电路的实用接地系统 \r\n\r\n 电源分配 \r\n\r\n 噪声电压的控制目标 \r\n\r\n 噪声电压的测量 \r\n\r\n IC未使用引脚的处理 \r\n\r\n 逻辑电路系列 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第11章 数字电路的辐射 \r\n\r\n 差模辐射 \r\n\r\n 差模辐射发射的控制 \r\n\r\n 共模辐射 \r\n\r\n 共模辐射发射的控制 \r\n\r\n 共模电压 \r\n\r\n 电缆的去耦与屏蔽 \r\n\r\n 共模扼流圈 \r\n\r\n 共模电流的测量 \r\n\r\n 工程文档和EMC \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第12章 静电放电 \r\n\r\n 静电的产生 \r\n\r\n 人体静电模型(HBM) \r\n\r\n 静电放电 \r\n\r\n 产品设计中的ESD保护 \r\n\r\n 软件和ESD保护 \r\n\r\n ESD与EMC \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 附录A 分贝 \r\n\r\n 功率比以外用分贝表示的量 \r\n\r\n 功率损耗与负功率增益 \r\n\r\n 绝对功率水平 \r\n\r\n 噪声的测量 \r\n\r\n 加权函数 \r\n\r\n 串扰的单位 \r\n\r\n 以分贝表示的功率求和方法 \r\n\r\n 附录B 电磁噪声抑制技术摘要 \r\n\r\n 附录C 薄屏蔽体中磁场的多次反射 \r\n\r\n 附录D 问题 \r\n\r\n 附录E 问题答案 \r\n\r\n 附录F 电磁兼容测试程序 \r\n\r\n 附录G 符号 \r\n
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随着科学与技术的发展, EMC(电磁兼容)越来越受到电子和电气设备设计人员的关注. 电磁兼容是一门新兴的. 综合性多学科交叉的边缘性学科, 已在很多领域得到非常广泛的应用. 在信息时代蓬勃发展的今天, 随着电气化与自动化水平的不断提高, 电磁干扰与抗电磁干扰问题日益增多, 在世界范围内已经引起了广泛关注. 现在, 已有很多国家和组织积极开展这方面的理论和应用研究, 还相继发布了很多相关的EMC标准和规范, 旨在强化和规范电磁兼容要求. 因此, 所有预进入市场销售的电子电气设备都必须满足相关的EMC标准, 这样就需要产品设计人员掌握电磁兼容方面的知识和技术.

为了满足标准符合性测试的要求以及保障设备的稳定性和可靠性, 需要设计人员对电子电气系统进行全面的EMC设计. 但是, 长期以来, 我们国内的电磁兼容研究和应用起步比较晚, EMC技术应用方面的资料相对匮乏, 与国外相比有一定的差距. 对于产品设计人员来说, 很难找到适合他们的, 尤其是比较系统的EMC学习参考资料. 相比之下, 国外在这方面就做得比较出色, 有大量的优秀著作出版发行. 作为专业的EMC工程师, 我们对此深有感触, 因而觉得有责任把国外一些优秀的EMC技术书籍和资料介绍给广大的国内工程师们.

本书(Noise Reduction Techniques in Electronic Systems)是我们在国外大量的优秀EMC技术书籍中精心挑选的一本, 是EMC设计领域中的一本堪称经典的著作. 本书共包括12章, 作者经过精心编排, 对EMC设计领域的基础理论进行了详细的阐述, 对EMC的应用技术进行了归纳和提升, 提出了很多独到的见解. 此外, 书中还提供了大量的技术资料供读者参考. 本书内容丰富, 深入浅出, 既有较强的理论性, 又有很好的实用性.

该书在1976年和1988年由John Wiley & Sons公司两次出版. 第一版已被翻译成日语. 俄语. 保加利亚语. 波兰语等, 第二版已翻译成日语. 意大利语等.

该书的作者亨利W·奥特出版过很多关于EMC技术的专著, 是美国公认的顶尖EMC技术专家, 并因其对EMC领域的杰出贡献而获得过许多荣誉. 他是IEEE的终身会员和IEEE EMC Society的名誉终身会员, 是IEEE EMC Society的董事会成员并担任该委员会副主席职务, 曾经是EMC Society的著名讲师. 他还是美国ESD协会会员和NARTE认可的静电控制工程师, 并且是ITEM杂志的评论编辑. 在成立自己的EMC技术服务公司之前, 作为EMC顾问在新泽西的贝尔实验室工作了30年, 在那里他就是有名的技术专家.

本书可作为从事电子电气产品方面工作的技术人员的学习教材, 也可作为从事科研和工程项目的有关人员进行电磁兼容性分析和设计的参考书, 还可以作为高等院校相关专业学生学习EMC技术的参考书.

在翻译本书的过程中, 我们得到了来自多方面的支持, 很多EMC专家和工程师对译稿提出了宝贵的修改意见, 对此我们深表感谢. 希望该书的出版和发行可以帮助众多的工程师学习和了解EMC基础知识和应用技术, 为EMC设计技术的推广和应用做出贡献. 另外, 在酷泽的过程中, 本书保留了原书的部分书写规则.

由于译者水平有限以及时间仓促, 书中难免有不当或错误之处, 敬请广大读者批评指正.

译 者

第一版前言

本书内容包括电路中噪声抑制与控制技术实践应用的方方面面. 本书主要给从事电子设备或系统设计的工程师提供最为实用的帮助, 也可以当做一本实用噪声抑制技术的教材来使用. 本书中的噪声消除与抑制理论适用于各种各样的电路, 包括从音频电路到VHF电路. 但是, 由于已有的文献中关于低. 中频噪声问题的内容很少, 所以本书重点对这些方面的相关问题进行论述.

设计师所面临的最困难和最迷惑的问题是如何抑制他们所设计的电路或系统产生的噪声. 在工科大学一般不教授这方面的内容, 而且大多数与此相关的文献都零零散散地刊登在许多不同的期刊上, 所以多数工程师尚不具备足够的解决这些问题的能力.

通常, 噪声问题的解决方案都是通过反复的验证得出的, 并没有真正理解问题产生的机理, 或者说是一知半解. 所以, 解决这一类的问题常常非常耗时, 而且如果将设备换一个地方, 原来的解决方案却不一定有效. 出现这种情形非常让人沮丧, 而实际上大多数问题所涉及的原理却很简单, 都可用一些最基本的物理理论来解释.

最初, 这本书是当做贝尔实验室工作时间之外的一个课程的讲稿使用的, 后来又用于实验室工作时间的持续性技术培训课程. 本书所使用的技术与方法都是面向设计的, 所以尽量减少了数学内容的数量和复杂性. 在一些例子中, 对代表物理现象的模型进行了简化, 以便能提供更多有用的结果. 通过符合实际的简化性假设, 这些结果的物理意义显得更清晰. 明确.

书中材料的组织结构如下所述：第1章是关于噪声抑制技术的简单介绍, 第2章和第3章分别介绍了两种最基本的噪声控制方法：屏蔽与接地, 第4章则介绍了其他一些噪声抑制技术, 包括电路的平衡. 去耦. 滤波等, 第5章介绍了无源器件, 包括影响器件噪声性能的特性以及这些器件在噪声抑制电路中的使用, 第6章重点对金属板的屏蔽效能进行了详细的理论分析, 第7章介绍了继电器与开关, 并讨论了抑制这些器件所产生的噪声的方法, 第8章则讲述了决定电路最小噪声水平的本征噪声源, 第9章讨论了晶体管和集成电路的噪声.

在每一章的最后, 对每章所讨论的关键点进行了总结, 同时还为那些期望了解更多信息的人们提供了参考文献目录. 除此之外, 附录A讨论了分贝(dB)的概念及其在模拟音频通信系统噪声测量中的应用, 附录B是按照查检表的格式对所有噪声抑制技术的一个总体性的概括和总结, 附录D则是关于每一章的一些复习问题, 这些问题的答案可参考附录E.

我希望表达我对S. D. Williams先生的敬意, 感谢他在最早的噪声控制研讨会讲稿上与我的合作, 而这些工作正是促使本书诞生的火种, 我也要感谢很多学生, 正是他们热情激励我将这本书继续写下去, 特别感谢F. E. Sullivan先生和A. L. Wasser小姐对原稿所进行的技术编辑, 也特别感谢提出许多帮助性意见的L. E. Morris先生和D. N. Heirman先生. 此外, 我还要感谢我所有的同事, 感谢他们对原稿的审阅以及他们提出的有用的建议, 最后, 由衷地感谢贝尔实验室的合作与支持.

Henry W. Ott(亨利W·奥特)

Livingston, New Jersey(利文斯顿, 新泽西州)

前言

在自本书第一版问世以来的11年间, 电磁兼容性(EMC)领域已经发生了巨大的变化. 而其中发展最重要的两个方面是：(1)数字电子技术在民用市场上的迅猛发展, (2)联邦通信委员会(FCC)已经建立起一整套限制数字系统产生的电磁发射的规范与标准. 因此, 人们对EMC问题的兴趣有了很大的提高.

本书第一版内容覆盖了基本的电磁兼容理论, 强调如何提高电子系统的抗干扰能力. 但是现在, 人们迫切需要更多控制电子系统产生的噪声技术及其相关信息, 特别是与数字电子系统有关的信息. 而且, 为了在激烈的市场上保持竞争力, 民用产品的低成本化EMC设计技术显得愈发重要. 此外, 电子系统的抗静电能力也得到越来越多的关注, 本书将针对这个问题进行详细论述.

事实上, 本书第一版中的绝大多数内容到现在为止还可以继续应用, 所以仍然保留下来了. 在第二版中, 总共增加了三章新的内容, 具体包括数字电路与静电放电的噪声和辐射两大主题.

在第二版中, 对第1章的内容进行了改写, 在里面增加了FCC标准的一些资料, 对第2章到第7章的内容进行了更新, 增加了一些新的资料, 第8章和第9章的内容则没有改动：而第10, 11, 12章是这一版新增加的篇幅：第10章的内容涵盖了数字电路的噪声与布局, 第11章是关于数字电路的电磁辐射, 第12章则重点涉及静电放电(ESD). 除此之外, 附录中还增加了新的关于FCC EMC测试程序的内容(即附录F).

我非常感谢所有那些花费时间对本书第一版进行评论的人们以及那些鼓励我编写第二版的人们, 并特别感谢与我在EMC方面进行过富有成效的讨论的Scott Roleson, Bob German与Dr. Clayton Paul.

我由衷地感谢对原稿进行编辑的Eva Carter, 一份特别的感谢还要给予为书中所有问题提供答案并指出错误的Dan Johnson, 最后, 我感谢所有曾经花费时间审阅原稿并提出有用的建议和意见的同事们.

Henry W. Ott(亨利W·奥特)

Livingston, New Jersey(利文斯顿, 新泽西州)