工程实训(曾荣鑫)

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1、模拟电路中的地线干扰分析及处理干扰，指的是发生在不同的单元电路、部件和系统之间，而地线干扰指的是通过公用底地线的方式产生的信号干扰，这里所说的信号通常是指交流信号或跳变信号。根据干扰来源的不同，我将地线干扰分为三种：地线环路干扰、公共阻抗干扰、电磁耦合干扰。以下图来说明三类地线干扰的成因。A1、A2是级联的两个放大电路。由于PCB设计的客观原因，各个电路单元在不同的板面位置，它们之间的连线必然有一定的长度，这就形成了导线（铜铂）电阻。导线的直流电阻虽然很小，大多数情况都可以忽略，但是对于交流信号来说，其感抗成分就不可以忽略不记，尤其是频率比较高的时候更是如

2、此。地线同样是导线，因此同样存在阻抗，因此上图中的地线J、K、L、M、N，就不可以简单的看成是等电位连线了，应该把它们各自看成一个电抗元件。有了这个基本概念，就很容易理解三种地线干扰了。一、地线环干扰如图所示，由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地线上产生电压。当电流较大时，这个电压可以很大。例如附近有大功率用电器启动时，会在地线在中流过很强的电流。比如上图中的“B单元电路”的地线电流，流经地线K、L、（M、J、N），到达接地零点。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。具体的说就是“B单元电路”的地线电流，在

3、J、N、L、M形成的“地线环路”中，对放大器A1和A2造成了影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰。解决方法：1.磁电隔离。采用隔离变压器将前后级隔离，对由地线环路带来的设备间的相互高频干扰有一定的抑制作用，但因为变压器绕组间存在的分布电容，所以对共模干扰的抑制效果随干扰频率的升高而下降。靠近初级绕组的屏蔽层连接在初级中性线上，可以滤掉初级出现的高频差模干扰，而对50Hz的工频电压则不产生任何影响。靠近次级绕组的屏蔽层连接在次级中性线上，可以滤掉次级出现的高频差模干扰。中间屏蔽层则与变压器外壳连在一起，再接大地，主要用于滤

4、掉共模干扰。为提高高频共模电磁干扰的抑制能力，一般会在变压器的原边和副边间增加静电屏蔽后，减小原边/副边之间的寄生电容。该屏蔽于绕组间形成新的分布电容，当将屏蔽接地后，可以将高频干扰通过这一新的分布电容引回地，避免其对副边电路产生干扰。2.光电隔离。采用光电耦合器来实现。3.共模扼流圈隔离，其主要是为了让共模电感像隔离器件那样将共模干扰隔离在共模扼流圈的输入与输出两端。4.采用平衡电路。当感应的电磁干扰在回路传输时，如果回路的阻抗完全对称式，对电路不会引起干扰。但是在平衡电路中，实际的回路阻抗很难达到完全的对称，这种不平衡阻抗，会将传输线中的共模干扰转化为

5、差模干扰，从而对电路造成干扰二、地环路电磁耦合干扰在实际电路的PCB上，J、N、L、M形成的“地线环路”将包围一定的面积，根据电磁感应定律，如果这个环路所包围的面积中有变化的磁场存在，就会在环路中产生感生电流，形成干扰。空间磁场的变化无处不在，于是包围的面积越大干扰就越严重。解决方法：1.单点接地。单点接地是指在一个电子线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到该点上。2、多点接地。多点接地是指系统中各个接地点都接到距它最近的地平面上，以使接地线最短。这种方式由于地线较短，适用于高频电路。高频信号电路在接地阻抗上起主导作用的是

6、电感，为了降低地线阻抗，在高频端都使用多点接地的方式。但该方法会形成各种地环路干扰。三、公共阻抗干扰认真考察上图所示的电路结构，我们将发现，J、N、L、M中，有一条连接是多余的，随便去除其一，仍然可以满足各个接地点的连通关系，同时又可以消除地线环路。那么，将哪一条连线去除比较合理呢？这时就要考虑另一类的干扰问题??公共阻抗干扰。①去除J：这是最差的方案。J去除后地线环路似乎消失了，可是另一个更可怕的环路又形成了（I、N、L、M），其中I是信号线，因此干扰比原来有线J时还要严重。②去除M：环路消失，但是我们发现，此时放大器A2的地线电流需要流过J、N到达接地

7、零点，注意N段是A1和A2共同的接地线，因此A2接地电流在N上形成的电压降就加到了A1上，形成干扰。这种因共用一段地线而形成的干扰称为“公共阻抗干扰”。③去除L：不仅不能解决A2与A1之间的公共阻抗干扰问题，还引起了“B单元电路”与A1、A2之间的公共阻抗干扰问题。④去除N：看来这是最后的方法。其实这样做将使M成为A1、A2的“公用阻抗”，同样形成干扰。还是存在问题！但是，我们注意到，此法中的干扰是A1对A2的干扰，A2是后级，工作信号强度远大于A1，因此A1对A2的干扰，很难造成不良后果。最合理的走线方案是：去除N，然后将M的下端直接连到“接地信号零点”

8、上。四、小结地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地