淺談接地和屏蔽技術(shù)應(yīng)用

一本銷售長達(dá)50年且有6個(gè)版本的書肯定是的。我要感謝John Wiley & Sons陪我度過了這么多年。我要感謝我的新編輯Brett Kurzman為我找到了一份合同。我要感謝我的妻子伊麗莎白一直以來的支持。我要感謝所有這些年來一直支持我的讀者。如果沒有NXP半導(dǎo)體公司的丹·比克的催促，就不會(huì)有第5版，更不會(huì)使第6版成為可能。為此，我欠他一個(gè)“謝謝”。我一直在想如何使這個(gè)版本更有效，我覺得我的開場白是關(guān)鍵。我需要講述這個(gè)故事，這樣讀者才會(huì)明白我的做法。

“接地（grounding）”和“屏蔽（shielding）”有許多含義。對(duì)于以英語為母語的人來說，ground這個(gè)詞可以包括多種含義，如磨碎咖啡（coffee grounds）、解雇理由（grounds for dismissal）、游樂場（play grounds）、碎牛肉餡（ground round）或地面（ground floor）。shield這個(gè)詞可以包括諸如擋風(fēng)玻璃（windshield）、警徽（police badge）、金屬盔甲（metal armor）或防護(hù)服（protective clothing）等含義。在電學(xué)上，接地可以指接大地、電池的負(fù)極、電路板上的導(dǎo)電平面、中性電導(dǎo)體或金屬柜。人們經(jīng)常把這些詞與防止電干擾聯(lián)系起來。書名旨在傳達(dá)這一意義。本書的每位讀者都將從與這些詞相關(guān)的獨(dú)特體驗(yàn)開始，這也是我寫作此書的用意。

我參與電氣接地和屏蔽領(lǐng)域的研究工作已經(jīng)過50年了。我對(duì)該領(lǐng)域的理解來自于我的經(jīng)歷、興趣和教育。1967年以來，由于電子技術(shù)的不斷變化，我每10年就重寫這本書。此外，我一直在學(xué)習(xí)相關(guān)書的寫作方式。接地和屏蔽是一個(gè)重要的課題，因?yàn)樗鼛缀跎婕艾F(xiàn)代電氣技術(shù)的方方面面。

首先，相對(duì)于電路容量來說，接地與屏蔽與導(dǎo)體的幾何形狀關(guān)系密切。進(jìn)一步地講，通過慣例傳遞的很多信息只是簡單的知識(shí)，甚至有些是的或誤導(dǎo)性的。這意味著工程師常常有先入為主的想法，并且需要做一些工作把事情弄清楚。在某些情況下，用戶必須遵循的基本規(guī)則被印在紙上時(shí)，很容易假定它們是有效的。不幸的是，并非所有的規(guī)則都是有效的或?qū)嵱玫?。如果這些規(guī)則是的，那么反對(duì)會(huì)是非常令人沮喪的。

學(xué)校并不開設(shè)社會(huì)需要的科目，工程師常常需要自己尋找答案。我還發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量控制人員將會(huì)遵循書面的規(guī)則，而不是一個(gè)外部工程師或作者的意見。他們尊重，這也是他們被期望做的。我有一些持續(xù)多年的爭論仍受到質(zhì)疑。僅憑這個(gè)事實(shí)，我就知道有些觀點(diǎn)是根深蒂固的。

接地和屏蔽技術(shù)應(yīng)用在大多數(shù)設(shè)計(jì)中。因?yàn)檫@不是一門的科學(xué)，所以對(duì)于在什么地方連接屏蔽和參考信號(hào)可能有多種方法。有的方法是很好的，通過復(fù)制以前的設(shè)計(jì)或口頭講授即可實(shí)現(xiàn)。在大多數(shù)情況下，不能通過簡單的說明某種方法是否有效。我們可能知道如何一塊電子硬件，但如何一幢建筑物卻是另一回事。

必須問自己：想做些什么測量？把電壓探頭放在哪里？即使可以進(jìn)行，對(duì)大型來說改動(dòng)也是非常困難的。在許多情況下，設(shè)計(jì)中的想法在某些范圍下是有效的。一個(gè)對(duì)某事有誤解的人可能會(huì)發(fā)現(xiàn)很難接受不同的解釋，當(dāng)許多不同的意見被提出時(shí)尤其如此。我發(fā)現(xiàn)，工程師對(duì)于新觀點(diǎn)持懷疑態(tài)度，他們不知道相信什么或相信誰。另一個(gè)問題是，工程術(shù)語是不斷變化的，有時(shí)有效的解釋卻達(dá)不到溝通的目的。

接地和屏蔽這個(gè)主題介于貿(mào)易實(shí)踐與物理學(xué)之間，內(nèi)容廣泛，這是一個(gè)不適合學(xué)術(shù)界的學(xué)科領(lǐng)域。對(duì)一些經(jīng)理來說，接地技術(shù)似乎是一個(gè)技術(shù)人員的工作。在現(xiàn)實(shí)中，它往往是非常復(fù)雜的。由于這些原因，現(xiàn)在我想改寫第6版，為的設(shè)計(jì)師傳達(dá)一些信息，盡可能地將重點(diǎn)放在與主題相關(guān)的基本原理上來。我想用物理學(xué)作為解釋的基礎(chǔ)而不是讓解釋過于數(shù)學(xué)化。

我自認(rèn)為在接地和屏蔽技術(shù)方面的見解是獨(dú)到的。電路原理已經(jīng)明確表明導(dǎo)體攜帶信號(hào)。事實(shí)上，導(dǎo)體引導(dǎo)能量場的流動(dòng)，而能量場能夠攜帶信號(hào)、干擾和操作部件。自然界并不區(qū)分這三種功能。我們確實(shí)需要電路來描述我們的想法，需要電路理論分析這些電路。當(dāng)電路理論不夠用時(shí)，我們需要應(yīng)用基礎(chǔ)物理學(xué)。我們必須把電源、信號(hào)和干擾區(qū)分開。我們需要認(rèn)識(shí)到，幾乎所有的電活動(dòng)都發(fā)生在導(dǎo)體之間的空間中。

本書的目的就是明確指出這個(gè)非常關(guān)鍵的想法是如何解決問題的。場傳遞的想法已經(jīng)涵蓋在物理學(xué)課程中。這些想法與實(shí)際設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系，在教材中和課堂上經(jīng)常被忽略。導(dǎo)體之間的空間排列可以保持各個(gè)場的分離。導(dǎo)體幾何的控制是設(shè)計(jì)者的工作，這是本書的核心。

本書不是對(duì)電路理論的介紹（假定讀者已熟悉電路是如何工作的），也不是應(yīng)用物理學(xué)導(dǎo)論，而是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一本書。教科書中所解決的問題與從事設(shè)計(jì)工作的新手所面臨的問題完全不同。畢業(yè)后，周圍沒有老師可以求助。

通過直覺和過去的經(jīng)驗(yàn)，我解決了很多實(shí)際問題。漸漸地，我的理解力增強(qiáng)了。隨著時(shí)間的推移，很明顯，我應(yīng)該更多地使用我的經(jīng)驗(yàn)，而不是我的直覺。這很容易說到卻不容易做到。在現(xiàn)實(shí)世界中，問題必須被解決而不只是被研究。大多數(shù)問題是多維的，并不僅僅適合一個(gè)學(xué)科。在迷宮中找到一條路可能不是很有效的方法，但是人們并不能夠經(jīng)常做到用迷宮試驗(yàn)學(xué)習(xí)更多的知識(shí)。這需要時(shí)間，需要耗費(fèi)資源。

我在大學(xué)里了解到了位移電流。直到我開始寫“數(shù)字電路”這節(jié)內(nèi)容之前，我才意識(shí)到這個(gè)概念的價(jià)值。然后我發(fā)現(xiàn)一種解釋電流是如何流入傳輸線里分布電容的方法。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)，我從未見過有關(guān)解釋。我在本書中提出這個(gè)方法，希望它有助于讀者解釋真實(shí)世界。

現(xiàn)在看來本書第5版的第1章過于嚴(yán)肅，讀者閱讀起來有點(diǎn)吃力。即使我的初衷是好的，并且興奮地進(jìn)行了講述，但是內(nèi)容并不吸引人。為了改進(jìn)，我決定結(jié)合我的一些經(jīng)驗(yàn)開始寫作第6版，說明為什么這個(gè)基本物理知識(shí)對(duì)于理解接地和屏蔽是至關(guān)重要的。

我認(rèn)為歷史既有趣又有洞察力。

拉爾夫·莫里森于加利福尼亞州圣布魯諾

編輯：黃飛