本专题将对屏蔽与防护电路中的常见问题进行汇总。通过讨论干扰型噪声，分析噪声源、耦合通道与接收器三环节之间的关系，并以屏蔽为核心讲解抑制干扰的方法。上一期我们讨论Analog and Digital shield short和磁场感应噪声，本期我们主要阐述有源屏蔽和防护以及总结。
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有源屏蔽和防护（Different shield and guard）
以上探讨载流屏蔽的作用，让屏蔽体承载与导线大小相等、方向相反的电流，从而削弱导线周围磁场、降低磁感生噪声。防护原理与此相似，即用一个本质上与屏蔽体内信号线上的共模电压相等的电位驱动低阻抗屏蔽体。防护的用途较广，可用于降低共模电容、提高共模抑制比，以及在高阻抗测量电路中消除泄漏电流。
以图21所示电路为例：偏置电流可忽略不计的运算放大器接成高输入阻抗的同相比例放大器形式，采用屏蔽电缆避免容性耦合噪声侵入高输入阻抗信号线，以及降低泄漏电流。信号源输出阻抗为10MegΩ，从导线到屏蔽体的泄漏电阻假定为1000MegΩ（该值与温度、湿度等条件相关）。如果如图所示进行连接，等效输入电路实际为衰减器：测量期间信号损耗为1%，非测量期间信号损耗比例不确定，此外电缆杂散电容引起信号延迟，延迟时间常数为 RsCc。
图21 运放接成高输入阻抗同相比例放大器，信号输入采用屏蔽电缆
图22电路组成基本与图21相同，只是将屏蔽体接到增益分压器抽头（阻抗通常很低）。由于该节点与运放反相输入端相连，因此其电位与运放同相输入端相等，此时电缆泄漏电阻上的电压为零，因而泄漏电流为零，泄漏电阻大小也就无关紧要。鉴于运放偏置电流可以忽略不计，因此运放同乡输入端电压必与信号源Vs相等。
图22 电缆屏蔽体接成防护罩
此外，电缆电容上的电压为零，因此电缆既不会放电也不会充电，延迟时间常数将主要取决于电路杂散电容和放大器的输入电容。为了提高稳定性，应在输出端与负输入端之间接一个电容，使 CfRF = CsRi，其中 Cs 为屏蔽体与地间的杂散电容与放大器输入电容之和。
防护罩上决不能有噪声电压，在图22所示噪声系统中，容性耦合噪声将呈现差分特性，带有较强高频成分。采用图23所示的两种办法可解决该问题：用响应速度快且输出阻抗小的缓冲跟随器驱动防护罩 (a)，或者在防护罩外面再加一层屏蔽体，并将屏蔽体连接信号参考电位(b)。
(a) 有源防护罩
(b) 屏蔽防护罩
图23 消除防护罩上噪声
高阻抗电流输入反相配置中，如果使用屏蔽导线保护从电流源到放大器反相输入端之间走线，对防护罩处理有两种选择：缓冲器驱动——缓冲器输出与同相输入端电位相等（除缓冲器外防护罩不与其它点接触）；将防护罩直接接到运放同相输入端，然后在其外面增加屏蔽体，并且将屏蔽体接到信号参考点。
a、有无屏蔽电缆测试：只有屏蔽电缆时对电路进行测试，噪声源为10mV/1megHz，输入信号源为100mV直流、输出阻抗10meg欧姆，理想情况下电路实现11倍同相放大、输出电压1.1V；屏蔽电缆起作用时输出电压为1.089V、误差为1%——噪声得到抑制；屏蔽电缆不起作用时输出电压纹波峰峰值约为210mV——噪声未能抑制。
参数定义：
ST1—屏蔽电缆接地设置，ST1=1时屏蔽电缆接地，ST1=0时屏蔽电缆不接地；
ST2—无源防护罩连接设置，ST2=1时防护罩有效，ST2=0时防护罩无效；
ST3—有源防护罩连接设置，ST3=1时防护罩有效，ST3=0时防护罩无效；
ST—全局设置，ST=1时屏蔽和防护有效，ST=0时屏蔽和防护无效；
ST4—噪声源设置，ST4=1时噪声源起作用，ST4=0时噪声源无效；
有无屏蔽电缆测试电路
瞬态仿真设置
ST1屏蔽电缆接地设置——1为屏蔽电缆接地、0为屏蔽电缆不接地
测试波形与数据
b、无源防护罩测试：噪声源为10mV/1megHz，输入信号源为100mV直流、输出阻抗10meg欧姆，理想情况下电路实现11倍同相放大、输出电压1.1V；防护罩起作用时输出电压峰峰值约5.4mV——噪声得到一定抑制；防护罩不起作用时输出电压峰峰值约210mV——噪声未能得到抑制。
无源防护罩测试电路
ST2无源防护罩连接设置——ST2=1时防护罩有效，ST2=0时防护罩无效
测试波形与数据
c、有源防护罩测试：噪声源为10mV/1megHz，输入信号源为100mV直流、输出阻抗10meg欧姆，理想情况下电路实现11倍同相放大、输出电压1.1V；防护罩起作用时输出电压峰峰值约4uV——噪声得到很大抑制；防护罩不起作用时输出电压峰峰值约210mV——噪声未能得到抑制。
有源防护罩测试电路
ST3有源防护罩连接设置——ST3=1时防护罩有效，ST3=0时防护罩无效
测试波形与数据
d、屏蔽和防护同时测试：噪声源为10mV/1megHz，输入信号源为100mV直流、输出阻抗10meg欧姆，理想情况下电路实现11倍同相放大、输出电压1.1V；屏蔽和防护同时起作用时输出电压幅值1.1V——误差为0%、纹波峰峰值为0V——噪声得到完全抑制。
屏蔽和防护同时测试电路——ST4=1
测试波形与数据
总结：
表2为本节要点总结，对于构建严密有效的屏蔽系统十分重要。不过有两点最容易被忽略：信号屏蔽体上出现噪声电压、正确处置屏蔽体中噪声电流；对此必须给予足够重视。屏蔽体上决不能存在噪声电压，屏蔽体与信号线间的杂散电容将噪声直接耦合至信号线。如果屏蔽体的电流返回路径设计不当，该电流可能影响本系统相距甚远其他电路，并且可能与看似“已解决”的屏蔽问题完全无关的位置引发故障。
表2 屏蔽要点的适用范围
