1.5 屏蔽电缆驱动电路与保护环
一种经常遇到的情况是需要把被测信号经过一根较长的导线引入到高输入阻抗的放大器中(采用具有高输入阻抗的放大器意味着被测信号源通常也具有高输出阻抗),对一根对地具有高阻抗的导线很容易受到外界电磁场的干扰。图1-6(a)示出了这种情况。
为了防止外界电磁场对传导信号的长引线的干扰,一种常用而又有效的方法是采用屏蔽电缆作为信号引线,如图1-6(b)所示。所谓的屏蔽电缆是在导线的外层包裹了一层由金属或其他导体材料编织的网状或薄片,形成对内部导线的静电保护层,这个保护层称为屏蔽层,在使用时把屏蔽层接地,外界干扰基本上影响不到内部传导信号的芯线了。
然而,在对具有很高输出阻抗的微弱信号源进行测量时,虽然屏蔽电缆可以保护传输信号的芯线不受外界电磁场的干扰,但屏蔽电缆的芯线与屏蔽层之间不可避免地存在分布电阻和电容,如图1-6(c)所示。屏蔽电缆的分布电阻和电容与地相连,很可能分布电阻的值能够接近放大器的输入电阻,而屏蔽电缆的分布电容往往可以大于放大器的输入电容和输入电路的分布电容(即屏蔽电缆分布电容的容抗要小于放大器的输入电容与电路分布电容之和地容抗),在信号源内阻很大时将对微弱信号的检测带来很大的影响。
为了避免由屏蔽电缆的分布电阻和电容带来的不利影响,有人发明了驱动屏蔽电缆技术:将芯线传输的信号1:1放大后驱动屏蔽电缆的屏蔽层,如图1-6(d)所示。放大器的输出接屏蔽电缆意味着屏蔽层接到一个低内阻的电压源上,屏蔽电缆抗干扰的效果不变,但由于屏蔽电缆的芯线上的电压Vi等于屏蔽层上的电压VO,因而按照欧姆定律,屏蔽电缆分布电阻RL和电容CL中的电流为0,也就相当于RL和CL不存在一样,不再对屏蔽电缆芯线上的信号产生影响,降低放大器总的输入阻抗。
为了防止外界电磁场对传导信号的长引线的干扰,一种常用而又有效的方法是采用屏蔽电缆作为信号引线,如图1-6(b)所示。所谓的屏蔽电缆是在导线的外层包裹了一层由金属或其他导体材料编织的网状或薄片,形成对内部导线的静电保护层,这个保护层称为屏蔽层,在使用时把屏蔽层接地,外界干扰基本上影响不到内部传导信号的芯线了。
然而,在对具有很高输出阻抗的微弱信号源进行测量时,虽然屏蔽电缆可以保护传输信号的芯线不受外界电磁场的干扰,但屏蔽电缆的芯线与屏蔽层之间不可避免地存在分布电阻和电容,如图1-6(c)所示。屏蔽电缆的分布电阻和电容与地相连,很可能分布电阻的值能够接近放大器的输入电阻,而屏蔽电缆的分布电容往往可以大于放大器的输入电容和输入电路的分布电容(即屏蔽电缆分布电容的容抗要小于放大器的输入电容与电路分布电容之和地容抗),在信号源内阻很大时将对微弱信号的检测带来很大的影响。
为了避免由屏蔽电缆的分布电阻和电容带来的不利影响,有人发明了驱动屏蔽电缆技术:将芯线传输的信号1:1放大后驱动屏蔽电缆的屏蔽层,如图1-6(d)所示。放大器的输出接屏蔽电缆意味着屏蔽层接到一个低内阻的电压源上,屏蔽电缆抗干扰的效果不变,但由于屏蔽电缆的芯线上的电压Vi等于屏蔽层上的电压VO,因而按照欧姆定律,屏蔽电缆分布电阻RL和电容CL中的电流为0,也就相当于RL和CL不存在一样,不再对屏蔽电缆芯线上的信号产生影响,降低放大器总的输入阻抗。

欧姆定律类似的应用还有驱动保护环。所谓保护环是在高输入阻抗放大器的输入端设置一圈导体,如在电路板上高输入阻抗放大器的引脚四周布置一条导线,然后将放大器的输出与输入相等的电压或采用1:1放大器输出的电压驱动保护环,这样可以避免电路板的绝缘不够而导致信号的泄漏。


