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地线造成的干扰以及解决的办法

归档日期:07-06       文本归类:反干扰电路      文章编辑:爱尚语录

  地线造成的干扰以及解决的办法_电子/电路_工程科技_专业资料。地线造成的干扰以及解决的办法(略谈) 图片: 图片: 图片: 什么是地线? 通常我们认为的地线定义是:电路电位基准点的等电位体。这个定义其实不符合实际情况 的。 因为实际地线上的电位并不是恒定的

  地线造成的干扰以及解决的办法(略谈) 图片: 图片: 图片: 什么是地线? 通常我们认为的地线定义是:电路电位基准点的等电位体。这个定义其实不符合实际情况 的。 因为实际地线上的电位并不是恒定的。 如果用仪表测量一下地线上各点之间的电位, 你会发 现地线上各点的电位可能相差很大。 正是这些电位差才造成了电路工作的异常。 电路是一个 等电位体的定义仅是人们对地线电位的理想期望。 一个更加符合实际情况的定义是:信号 流回源的低阻抗路径。 这个定义中突出了地线中电流的流动。 很容易理解地线中电位差的产 生原因。因为地线的阻抗总不会是零,当一个电流通过有限阻抗时,就会产生电压降。 地线的阻抗。 谈到地线的阻抗引起的地线上各点之间的电位差能够造成电路的误动作, 许多人觉得不可 思议:我们用欧姆表测量地线的电阻时,地线的电阻往往在毫欧姆级,电流流过这么小的电 阻时怎么会产生这么大的电压降,导致电路工作的异常呢? 要搞清这个问题,首先要区分开导线的电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状 态下导线对电流呈现的电阻, 而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗, 这个阻抗主要是 由导线的电感引起的。任何导线都存在电感,当频率较高时,导线的阻抗远大于直流电阻。 而在实际电路中,造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号,脉冲信号包含很多的高频成分,因 此会在地线上产生较大的电压。而对于数字电路而言,电路的工作频率是很高的,因此地线 阻抗对数字电路的影响是十分可观的。 如果将 10Hz 时的阻抗近似认为是直流电阻,当频率达到上 MHz 时,那么阻抗就非常大 了,起码是直流电阻的上万倍。而对于射频电流,当电流流过地线时,电压降是很大的。而 增加导线的直径对于减小直流电阻是十分有效的, 但对于减小交流阻抗的作用是有限的。 在 电磁兼容中,我们最关心的是交流阻抗。降低导线电感是最有效的,例如使用扁平导线做地 线,用多条相距较远的并联导线作接地线。 在这里提一下,两根导线并联时,它的电感是 L = (Lx + M)/ 2 Lx 是单根导线的电感, M 是两根导线之间的互感。 我们可以看出,当两根导线相距较远时,互感是很小的。因此可以通过多根接地导线来降 低交流阻抗。 地环路的干扰 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。由于电路 的不平衡,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。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。 更重要的是地环路中的电流 还可以由外界的电磁场感应出来。想想我们的空间是充满电磁场的。 解决的办法是尽量减少环路面积(减少对外界干扰的敏感度)和切断地环路电流。大家可 以研究一下 PPA 的浮地技术,这个是一个很好的消除地环路电流的办法。我们也可以通过 一个电感来接地, 这样对于频率较低的交流电流接地阻抗是很小的, 对于频率较高的交流电 流接地阻抗是很大的, 从而减少了地环路电流。 另一个最有效的切断地环路电流的方法是使 用光电隔离,这个大家自己去研究一下了。 公共地阻抗的干扰 当几个电路共用一段地线时,由于地线的阻抗,一个电路的地电位会受另一个电路工作电 流的调制。这样一个电路中的信号会耦合进另一个电路,这种耦合称为公共地阻抗耦合。 特别在数字电路中,由于信号的频率较高,地线往往呈现较大的阻抗。这时,如果存在不 同的电路共用一段地线,就可能出现公共地阻抗耦合的问题,形成干扰现象。 这就是 DIY er 所常见的问题。 消除公共地阻抗耦合的途径有两个。 一个是减小公共地线部分的阻抗,这样公共地线上的电压也随之减小,从而控制公共地阻 抗的耦合。 另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共用地线,一般要求尽量避 免:强电电路和弱电电路共用地线,输入和输出电路共用地线,数字电路和模拟电路共用地 线等。 如上所说,减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。通过适当的接地方式避免 公共地阻抗干扰的方法是单点接地。单点接地的缺点是接地的导线过多。因此在实际中,可 以不必要所有电路都单点接地,对于相互干扰较少的电路,可以采用串联单点接地。例如, 可以将电路按照强信号,弱信号,输入信号,输出信号,模拟信号,数字信号等分类,然后 在同类电路内部用串联单点接地,不同类型的电路采用并联单点接地。 总之,地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗,当电流流过地线时,会在地线上产 生电压,这就是地线噪声。在这个电压的驱动下,会产生地线环路电流,形成地环路干扰。 当几个电路共用一段地线时,会形成公共阻抗耦合。 解决地环路干扰的方法有减少环路面 积,切断地环路电流。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗,或采用单点接 地,彻底消除公共阻抗 最后说一句 设置一根地线之前,要想清楚它起什么作用,是减小了回路面积?还是对耦合起到了隔离 的作用。 当地线面上有缝隙时,信号回流不能跨过缝隙,而要绕着缝隙走,这样就形成不了较小的信 号环路,产生较大的辐射和敏感度问题。因此,在布线时,要尽量避免在地线面上形成较长 的缝隙。 由于趋肤效应,电流仅在导体表面流动,因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在 导体表面镀银之类的就能够降低导体的电阻。

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