地线干扰的共阻干扰
单点接地与共阻干扰
V 1.0
2013.11.28
——By：Mythink
目录
1、本章出发点与适用读者 (1)
1.1、本章出发点 (1)
1.2、本章适用的读者 (1)
2、论述的前提条件与主要内容 (1)
2.1、前提条件 (1)
2.2、主要内容 (1)
3、共阻干扰存在的几种形式 (2)
3.1、共阻干扰的几种形式 (2)
3.2、敏感点与不敏感点 (5)
4、单点接地 (6)
4.1、单点接地与“敏感信号段”的联系 (6)
4.2、如何去理解单点接地 (6)
5、理论的延伸 (8)
5.1、既然有单点接地，那么有没有“单点接电源”？ (8)
5.2、讨论“电源纹波抑制” (8)
6、本章精要 (11)
1、本章出发点与适用读者
1.1、本章出发点
本章基于“噪声的起源”一章所提到的噪声产生的原理，进一步论述简单而实用的应用：数模混合音频系统中最简单的规避地噪声手段——“单点接地”。让读者明白“为什么要单点接地”。希望读者着重认清单点接地的原理，从而化用、推广到其他地方，而不是简单地记住本章中所提到的例子。
本章内容较多是作者本人的感悟、实践的结论，可能有不当之处，故请广大读者仅作讨论使用。
欢迎拍砖，呵呵！
1.2、本章适用的读者
“单点接地”是否有似曾相识的感觉？
假如你现在的情况是“听说过单点接地，但是不知道具体应该如何单点接地；或者大致知道如何单点接地，但是不能清楚地理解单点接地的原理”。那么很幸运，本章为你而写！
2、论述的前提条件与主要内容
2.1、前提条件
基于低频数字信号、数模混合电路、有敏感信号源的系统进行论述，和“噪声的起源”章节的前提完全相同。
2.2、主要内容
列举现实应用中，共阻噪声存在的几种形式，论述其“敏感点（段）”或“不敏感点（段）”的原理。在现实应用中，为了避免“敏感段”出现噪声而引出“单点接地”的做法。
最后，更进一步。论述“单点接电源”的概念，进而探讨：常见的“模拟和数字”这两种电路的“电源纹波抑制比”的能力存在差别的根源。
3、共阻干扰存在的几种形式
本章重点是：讲述了共阻干扰的几种常见形式，会产生几种经典后果：干扰会被放大后输出、干扰被衰减后输出、干扰被原原本本地输出等。
（地线）共阻干扰存在的根本原因是：（地）导线存在阻抗，且干扰与被干扰信号有共同的信号回路。（什么是“信号回路”，在“噪声的起源”已经解释。）
3.1、共阻干扰的几种形式
3.1.1、完全没有共阻噪声
理想状态，导线无阻抗、分布参数，不存在噪声。Av-niose = 0 ：
3.1-1
如图3.1-1，理想状态下，Vout = 100*Vin，输出没有噪声。
3.1.2、共阻噪声最糟糕的状态
最坏的布线情况，噪声会被“加倍放大”。Av-niose >> 1 ：
如图3.1-2，由于AB点在PCB板上是一段铜箔，不可避免存在阻抗（虽然铜的电阻率极小），假设其阻抗为R5。模拟输入信号的回路经过A——B段，当有数字电流I1_niose地回路流经A——B点时，R5既是模拟信号的回流地电阻，也是数字电路信号的回流地电阻，这个导线电阻由模拟、数字“共享”，故称为共阻。而数字信号经过R5会产生V1_niose，这个V1_niose电压将会叠加在干净的模拟输入信号上，造成输入信号的污染（干扰），故把这种——因为有共同回流路径而产生的干扰现象叫“共阻干扰”。
由于该电路放大的是BF端的电压。（而不仅仅是AF端，如果不明白这一点，必须重新学习功放！）所以Vout=（Vin+V1_niose）*100，其中输出噪声部分的信号是V1_niose*100！——可见，噪声被加倍放大了！！！这是共阻噪声最为严重的一种状况！
经验性现象解释：有人说：铜的电阻率这么低，即使V1_niose 放大一百倍也听不到，因为用示波器根本没有看到噪声的存在！而且数字噪声一般不在20——20KHz人耳可听见范围！
这个说法好像有道理，但是实际和理论都是不对的。原因如下：（1）人耳朵在安静环境中，通过耳机，人们能清楚地听到毫伏级（几毫伏）的音频噪声信号，而普通示波器一般无法捕捉到这么微弱的波形。因为普通的数字示波器接上探头后显示在屏幕上的噪声电平有20mV左右，非常昂贵的示波器在拔掉探头的情况下，显示在屏幕上的底噪才可能小于1mV。所以人耳朵能听到噪声但是示波器看不到，这很正常。（2）即使数字电路本身工作频率远超过20KHz，但MCU 内部模块间的启动关闭动作的频率有可能落在音频范围。而且，即使大于20KHz 的数字信号，经过导线的分布电感与分布电容“滤波”后，形成V1_niose 将落在音频范围。这是我们能听到数字噪声的原因。
3.1.3、共阻噪声1:1放大输出
干扰不被放大、直接呈现在输出端。Av-niose = 1：
如图，若数字噪声只流过R8，那么Vout=Vin*100 + V2_niose，存在数字噪声，但是噪声没有被放大，所以一般情况下，数字噪声不明显，只是是在安静的环境中可能可以听得到。
3.1.4、共阻干扰被衰减后输出
干扰会被功放器件抑制，Av-niose << 1 ：
3.1-4
如图，假如在数字电路端单点接地。那么，数字噪声V3_niose可以直接回流到电源，并没有流经功放区域，（其实深究起来，还是有非常微小的部分噪声流经EC段PCB，并从其他路径构成回路，但是这个影响非常小。回路路径如何形成？根据“噪声的起源”章节中的内容，其实足以领悟出来。）所以不会造成地线的共阻干扰噪声。但是，有两点值得担心的：
（1）电源不是理想的电源，会存在“内阻”，所以数字电路会通过“干扰公共的电源从而干扰功放”——幸运的是，这个干扰非常小，一般情况下都不会引起系统出现噪声，原因是：功放的电源纹波抑制比一般非常高！
（2）C与E之间同样是铜箔，实际上也存在内阻！这段地线也会产生共阻干扰。但是，实际上采用这种布线方式也不会出现干扰问题，原因是：一、其阻抗引起的干扰相当于电源抖动的干扰，而功放有一定的电源纹波抑制能力（这个是地纹波抑制，实际测试过的一些芯片，都是电源纹波抑制能力比地纹波抑制能力好，这应该与Bypass电路有关，有兴趣者可以深究）。二、这个干扰一般是声音较大时干扰才比较大，但是声音大后，噪声会被音乐“盖住”，所以人感受不到噪声的存在。
3.1.5、在电路板上不会存在地噪声
如图3.1-5，电池、数字地、模拟地的单点接地点都接在C、E点的重合处。这样接地，在电路板上不会出现噪声，Av-niose=0 。（但是，电池接上后，同样会产生“3.1.4”的类似情况，因为每个电源都有内阻。这个读者自行构建模型分析！）
无论如何，对于图中的电路，这已经是最好的接地方式了！而且这种接地方式从未出现过噪声！
3.1-5
3.2、敏感点与不敏感点
由3.1的内容知道，PCB走线不当，噪声会被“成倍放大”、或会被“1倍放大”。产生这种状况说明：对于音频功放放大电路，PCB上存在“地噪声敏感点和不敏感点”（或者说是敏感段）。
3.2.1、地噪声敏感段PCB
图3.1-2的AB段的噪声会被成倍放大，所以AB段是“地噪声敏感段PCB”，经过敏感段PCB的数字地噪声将会被“加倍放大”后输出。
之所以会被加倍放大，是因为噪声信号经过功放的前端放大电路的地回流，这段PCB对应于实际应用中的很多功放的“Bypass电容接地点（如图3.1-2中B 点）与功率地（如图3.1-2中C点）之间的PCB”。也就是：BC间的PCB连走线极有可能成为地噪声敏感段PCB。
3.2.2、地噪声不敏感段PCB
图3.1-3的CD段是地不敏感段PCB，因为经过这一段PCB的噪声放大倍数是1，噪声不会被加倍放大。其原因在于地噪声没有经过功放的前级放大区域，所以噪声信号只会原原本本地在喇叭端输出。
4、单点接地
本章重点：第3节共阻干扰的各种案例中，存在地噪声可能会流经“敏感段PCB”这个现象。所以为了最大地减小地噪声，要单点接地，让噪声不要经过敏感段PCB。
4.1、单点接地与“敏感信号段”的联系
细心的读者已经发现，第三节已经存在单点接地。单点接地不应单纯理解为：在PCB上有一个物理的接地点；而应该理解为：在PCB上有一个接地点，而且不同性质的地回流信号（比如模拟回流和数字回流）不会存在这个接地点以外的“公共路径”（公共路径——即地线上数字与模拟公有的PCB电阻“R5”，前面已经解释过）。
图“3.1.4和3.1.5”其实就是单点接地的情况，所以此处不再赘言。本节重点写：如何去真正理解单点接地。
4.2、如何去理解单点接地
单点接地的思想，在《印刷电路板排版设计》有很详细的讲解。很老的书，工艺可能和现在不同，但其设计思想不变！而且，作者认为这是国产少见的不是“Ctrl + C”和“Ctrl + V”的书。郑诗卫写的，感谢郑老前辈！
4.2.1、理解原理的重要性（经验性废话）
平时我们经常会听到“单点接地”这个词，很多人说“去掉数模混合电路噪声的终极武器就是单点接地”。但是某日有个鞋童泪流满面的奔过来嚎叫：我已经单点接地了，可是噪声尚在······
何故？
额！哥！不是单点接地就可以去掉噪声，而是要“正确的单点接地”才能够去掉噪声。正确的数字、模拟前端、电池、功率地的单点接地点是：功放的功率地引脚（或者功率地、功放电源的去耦电容引脚。）
以上的例子说明：我们总会碰到很多法则、经验、定理，记住它们并不是什么坏事。但是假如不明白其所以然，那么不但会记得十分辛苦，而且不懂在实践中如何灵活应用，反受其害。
例如，我们在设计一个实在的产品时，存在很多互斥不可兼得的“布线定理”时，我们如何取舍？究竟是让这个电路符合A法则、放弃B法则好呢，还是符合B法则、放弃A法则好呢？要做正确做出这种判断，就要求我们清楚：什么是影响最大的、而什么的影响几乎可以忽略不计的。
所以，除了实践，还得最终把握其原理。
4.2.2、例说：了解敏感信号区的方法
使用前想评估某个特定芯片有哪些特征，需要一定的理论+ 专业常识，推断出芯片内部的构造，从而可以判断“哪些是信号敏感点，哪些不是敏感点”。
以功放为例，目前绝大多数AB类音频功放内部构造如下图所示。前端为电压放大，相当于运放，一般由偏置电路与共射放大电路组成，该部分功能是：对
倍数为1（没有电压放大能力），只是增强了输出电流驱动能力。
图中的运放“+”端，通常相当于功放的“Bypass”引脚；而Q1的接地点的地相当于功放的功率地引脚。Bypass引脚通常接一个去耦电容到地，该电容的地到功放的功率地间的PCB走线相当于图3.1-2中的AC段PCB。假如这段PCB存在噪声，那么相当于噪声混进了功放前级的运放，噪声将会被“极大地放大”！
这就是“噪声混进了信号敏感段PCB”。
所以单点接地的目的是：不让噪声地回流经过“敏感信号区的地线区域”。
4.2-1
5、理论的延伸
本章重点：从单点接地引出单点接电源，从单点接电源的“不够普遍”这个现象探讨“电源纹波抑制比”。从原理上论证：模拟芯片电源纹波抑制比较强，而数字芯片无电源纹波抑制能力。
5.1、既然有单点接地，那么有没有“单点接电源”？
显然，答案是肯定的。
但奇怪的是：为什么总是听到前辈强调“单点接地”，却很少听到他们强调“单点接电源”？
日常生活常见的一个现象是：当一个事情经常出现或者出现的后果十分严重时，经历过的人们时常会把它挂在嘴边，没经历过的人也能耳熟能详。但当事情出现的概率很小、或者后果影响很小时，人们时常会把它忽略掉。
同样，“单点接电源”也是如此，电源当然会产生共阻噪声。但是在音频功放中，其影响通常非常小（原因是功放电源的纹波抑制比高），即在喇叭端一般听不到电源的纹波噪声；而且在电源端的共阻干扰不会出现“噪声被成倍放大”的情况（因为Bypass电容接到地，而不是接到电源）。所以一般情下电源存在共阻干扰，但是在输出音频上听不到，所以在音频领域一般不会引起很大的重视。（这是对集成芯片而言，对于分立元件搭建的功放电路，有些构造对电源纹波还是非常敏感的。）
注意：电源处理不好会加重模块间的干扰，增加数字电路的电磁辐射。所以，在数字电路中，必须得权衡是否要加强模块间的电源隔离（这个理论可以在“噪声的起源”4.4节中看到）。
5.2、讨论“电源纹波抑制”
5.2.1、综述：对电源纹波的敏感程度
模拟、数字电路通常对“电源纹波噪声”的抑制能力表现不同，一般来讲模拟器件对电源纹波不敏感，基本不会将电源纹波反应在输出上；而数字电路通常会将电源纹波完全反应在输出上。
注意：模拟电路对信号噪声敏感，混进了噪声后，直接影响输出信号；数字电路对信号的噪声相对不敏感，因为即使噪声很大，IO口都能正确地判断出高低电平。
5.2.2、模拟电路电源纹波抑制能力强的原因
一般的功放和运放处理的都是模拟信号，它们可以将信号放大、缩小N倍，一般都有很强的电源纹波（噪声）抑制能力。至少将电源上的噪声衰减10000
倍以上输出。
为什么运放等模拟器件有这么强的电源抑制能力？
归根结底，因为稳压电源、恒流源、放大区的共射放大电路、非饱和状态的射级放大电路等都有很强的电源纹波（噪声）抑制能力——而运放、功放等都由这些基本电路作为其内部的偏置、放大电路单元，所以电源纹波抑制比很强。
功底。下面将简单论述芯片内部其中一种电路模型：为何放大区的共射电路有很强的电源纹波抑制比！
PS：请有兴趣深入研究的读者可以理解《模拟电子技术基础》（童诗白第4版3、4章节等相关内容）章节后，再进一步学习。
图5.2-1
该图是经典的“三极管特征曲线图”，该图已经蕴含了“共射放大区有很强的电源纹波抑制能力”这个信息！
真的吗？不会吧？！
我啥时候骗过你？——请看分析。
对于共射放大电路。假设在放大区（图中棕红色区域），给三极管B极提供固定的电流Ib1 = 20uA，那么即使电源电压（Uce电压）在3~9V波动，而Ic1基本保持不变（这个图中可以看到）。Ic1保持不变，意味着共射放大电路的电压输出不变！（理解这句话的前提是：理解共射放大电路。）
所以，对于图中的三极管共射放大电路，假如在B极输入一个信号Vin，即使电压在3~9V波动，输出只和输入有关，基本不受电源电压波动的影响！这表明：这个放大电路有很强的电源抑制能力！
5.2.3、数字电路没有电源纹波抑制能力
小功率三级管在输出电流不是很大的情况下，饱和导通的管压降非常小，可以认为是0（对于这个压降问题，有不少有了工作经验的硬件工程师也经常质疑。那么，烦请各位用使用数据验证。呵呵！）。所以，当输入为3.3V时，输出为3.3V。
图5.2-2
当电源电压由3.3V变为10V时，所有数字电路都工作在10V电源下，每个数字门电路的电压也为10V——所以最终的结果是：Vin 和Vout都变成一样：都是10V输入、输出电压。
所以，由于数字电路IO口的电压工作在饱和导通状态（不可以特殊的ECL 等电路来论述），输出电压永远等于电源电压。所以电源波动毫不保留地反应在输出上，导致其电源纹波抑制能力为0. 这种特性在数字电路相互干扰的处理要十分留心。
图5.2-3
6、本章精要
（1）、因为有共同回流路径而产生的干扰现象叫“共阻干扰”。
（2）、人耳朵在安静环境中，通过耳机，人们能清楚地听到毫伏级（几毫伏）的音频噪声信号，而普通示波器一般无法捕捉到这么微弱的波形。
（3）因为共阻干扰存在地噪声的“敏感段PCB”，所以要单点接地，让噪声不要经过敏感段PCB。
（4）、单点接地的思想，在《印刷电路板排版设计》有很详细的讲解。（作者：郑诗卫）
（5）、一般来讲模拟器件对电源纹波不敏感，基本不会将电源纹波反应在输出上；而数字电路通常会将电源纹波完全反应在输出上。
地线干扰对策
地线干扰对策 4.1地环路对策从地环路干扰的机理可知，只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰。如果能彻底消除地环路中的电流，则可以彻底解决地环路干扰的问题。因此我们提出以下几种解决地环路干扰的方案。 A. 将一端的设备浮地如果将一端电路浮地，就切断了地环路，因此可以消除地环路电流。但有两个问题需要注意，一个是出于安全的考虑，往往不允许电路浮地。这时可以考虑将设备通过一个电感接地。这样对于50Hz的交流电流设备接地阻抗很小，而对于频率较高的干扰信号，设备接地阻抗较大，减小了地环路电流。但这样做只能减小高频干扰的地环路干扰。另一个问题是，尽管设备浮地，但设备与地之间还是有寄生电容，这个电容在频率较高时会提供较低的阻抗，因此并不能有效地减小高频地环路电流。 B. 使用变压器实现设备之间的连接利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但要注意，变压器初次级之间的寄生电容仍然能够为频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差。提高变压器高频隔离效果的一个办法是在变压器的初次级之间设置屏蔽层。但一定要注意隔离变压器屏蔽层的接地端必须在接受电路一端。否则，不仅不能改善高频隔离效果，还可能使高频耦合更加严重。因此，变压器要安装在信号接收设备的一侧。经过良好屏蔽的变压器可以在1MHz以下的频率提供有效的隔离。 C. 使用光隔离器另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输。这可以说是解决地环路干扰问题的最理想方法。用光连接有两种方法，一种是光耦器件，另一种是用光纤连接。光耦的寄生电容一般为2pf，能够在很高的频率提供良好的隔离。光纤几乎没有寄生电容，但安装、维护、成本等方面都不如光耦器件。 D. 使用共模扼流圈在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗，这样在一定的地线电压作用下，地环路电流会减小。但要注意控制共模扼流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果很差。共模扼流圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。4.2消除公共阻抗耦合 消除公共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，从而控制公共阻抗耦合。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，一般要避免强电电路和弱电电路共用地线，数字电路和模拟电路共用地线。如前所述，减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。这包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体作接地线。对于印刷线路板，在双层板上布地线网格能够有效地减小地线阻抗，在多层板中专门用一层做地线虽然具有很小的阻抗，但这会增加线路板的成本。通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地，如图 4 所示。并联接地的缺点是接地的导线过多。因此在实际中，没有必要所有电路都并联单点接地，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，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。5．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。当两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切断地环路，增加地环路的阻抗，使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗.
噪声与接地对音频系统的影响
噪声与接地对音频系统的影响 【摘要】噪声对音频系统指标影响很大，接地的重要性越来越受广大技术人员的关注。本文对噪声来源、接地系统分类以及抑制系统噪声的措施进行了简单介绍。 【关键词】星地信号地线保护接地屏蔽接地噪声抑制 在音频系统中，接地是抑制噪声和防止干扰、保证设备电磁兼容性、提高可靠性的重要技术措施。正确的接地即能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外发射干扰；反之，错误的接地反而会引入严重的干扰，甚至使设备无法正常工作。 看来噪声与接地问题就像是一对形影不离的双胞胎，以下就接地对音频系统的影响进行分析探讨。 一. 噪声来源 作为音频系统的噪声来源主要可分为下面几大类： 第一类是系统设备本身的固有噪声。目前广播播控设备的单机技术指标都很高，有很低的本机噪声指标。但是当多台设备级连时，噪声就会积累增加。实践应用中，有些低档次的民用音响设备会因为内部电源滤波不好，使得设备本身的交流噪声很大，在音响系统中有时会形成很严重的噪声。 第二类是外部的电磁辐射干扰引起的噪声。如手机、对讲机等通讯设备的高频电磁波辐射干扰、周围环境的空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射、演播厅灯光控制采用可控硅整流设备所产生的辐射，都会通过音频传输线直接混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良的机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。 第三类是电源干扰噪声。音响设备的外部干扰，除电磁辐射方式外，电源部分引入干扰噪声将是另一个产生噪声的主要原因。由于各种照明设备、动力设备、控制设备共同接入，形成了一个十分严重的干扰源。如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、马达等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电路，不同频率的纹波电压，通过电源线路窜入音响设备的供电电源，总会有一部分干扰噪声无法通过音响设备的电源电路有效的滤除，将必然会在设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性不达要求的大功率设备，是干扰音响设备的主要原因。 第四类是接地回路噪声。在音响系统中，必须要求整个系统有良好的接地，接地电阻要求小于4欧姆。否则，在音响系统中设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流入大地，从而形成噪声电压叠加在音频信号中。 如果在不同设备的地线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差，或者在系统的内部接地存在回路时，则会引起接地噪声。两个不同的音响系统互连时，也有可能产生噪声，噪声是由两个系统的地线直接相连造成的。 二. 接地系统 系统接地的原意指与真正的大地连接以提供雷击放电的通路，例如避雷针的一端埋入大地，后来成为对电气设备和电力设施提供漏电保护的放电通路的技术措施。 声频系统的“地”，是零信号参考点，也叫做接地点。在声频系统中，这个点必须是单一的，不允许有第二个点或第三个点出现。因此，系统所有设备的接地点必须汇总接到一个“点”上，这个点也叫做“星地”。“星地”的接地电阻愈小愈好，一般须低于2欧。“星地”应该用一条足够粗的多股铜线接到大地上去，这就是信号地线。 1.接地系统的任务 广播中心的接地系统包括声频（工艺）接地、高频接地、计算机系统接地、电话接地、电力接地和防
抗干扰的接地处理及屏蔽处理
抗干扰的接地处理及屏蔽处理 抗干扰接地处理的主要内容：（1）避开地环电流的干扰；（2）降低公共地线阻抗的耦合干扰。 “一点接地”有效地避开了地环电流；而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施；它们是工业控制系统采用的最基本的接地方法。 工业控制系统接地的含义不一定就是接大地。例如直流接地只是定义电路或系统的基准电位。它可以悬浮，但要求与大地严格绝缘。通常，其绝缘电阻要达到50 MΩ以上。直流地悬浮隔离了交流地网的干扰，经济简便，工程中经常使用。直流地悬浮的缺点是机器容易带静电，如果该静电电位过高，会损坏器件，击伤操作人员等等；而且，如果这时直流地与大地的绝缘电阻减小，可能会产生很多原先没有想到的干扰。直流地接大地，按照国家标准，要埋设一个不大于４Ω的独立接地体。但无论直流地悬浮或者接大地，直流地与大地之间的电位都存在着间接或者直接的关系。工业控制机所操作的各种输入输出信号之间接地是否合理，不只是形成相互耦合干扰的问题，有时还危及计算机系统的安全。在实际的工业控制系统中，各种通道的信号频率大多在１MHz内，属于低频范围。因此，谈谈低频范围的接地。 1. 串联接地 在串联接地方式中，各电路各有一个电流i1、i2、i3等流向接地点。由于地线存在电阻，因此，每个串联接点的电位不再是零，于是各个电路间相互发生干扰。尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路。如果必须要这样使用，应当尽力减小公共地线的阻抗，使其能达到系统的抗干扰容限要求。串联的次序是：最怕干扰的电路的地应最接近公共地，而最不怕干扰的电路的地可以稍远离公共地。 2. 并联接地 并联接地方式：在工业控制机中的模拟通道和数字通道采用并联接地。并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。因此，有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题，工业控制机应当尽量采用并联接地方式。值得注意的是，虽然采用了并联接地方式，但是地线仍然要粗一些，以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小。这样，当各个部件之间有信号传送时，地线环流干扰将减小。 工业现场的干扰来源是多渠道的，针对不同的项目和不同的现场，应该有不同的处理方法。屏蔽和接地是由工控系统开发者操作的一项技术内容。能否正确设计和利用它们，不仅关系到系统安全稳定地运行、良好地抑制干扰，而且是工控项目开发者是否成熟的重要标志。 工控系统的屏蔽处理 工业现场动力线路密布，设备启停运转繁忙，因此存在严重的电场和磁场干扰。而工业控制系统又有几十乃至几百个甚至更多的输入输出通道分布在其中，导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一。它们主要表现为电容性耦合、电感性耦合、电磁场辐射三种形式。在工业控制系统中，由前两种耦合造成的干扰是主要的，第三种是次要的。它们对电路主要造成共模形式的干扰。
屏蔽与接地
屏蔽技术 1屏蔽的定义 屏蔽可通过各种屏蔽体来吸收或反射电磁场骚扰的侵入, 达到阻断骚扰传播的目的; 或者屏蔽体可将骚扰源的电磁辐射能量限制在其内部, 以防止其干扰其它设备。（对两个空间区域之间进行金属的隔离, 以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。） 1. 一种是主动屏蔽, 防止电磁场外泄; 2. 一种是被动屏蔽, 防止某一区域受骚扰的影响。 屏蔽就是具体讲, 就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散; 用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗) 、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射) 和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波) 的作用, 所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。 2.屏蔽的分类 屏蔽可分为电场屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽三类。电场屏蔽又包括静电场屏蔽和交变 电场屏蔽; 磁场屏蔽又包括静磁屏蔽和交变磁场屏蔽。 1. 静电屏蔽常用于防止静电耦合和骚扰, 即电容性骚扰; 2. 电磁屏蔽主要用于防止高频电磁场的骚扰和影响; 3. 磁屏蔽主要用于防止低频磁感应, 即电感性骚扰。 2.1静电场屏蔽和交变电场屏蔽 用来防止静电耦合产生的感应。屏蔽壳体采用高导电率材料并良好接地,以隔断两个电路之间的分布电容偶合，达到屏蔽作用。静电屏蔽的屏蔽壳体必须接地。 以屏蔽导线为例,说明静电屏蔽的原理。静电感应是通过静电电容构成的,因此,静电屏蔽是以隔断两个电路之间的分布电容。静电感应,既两条线路位于地线之上时,若相对于地线对导体1 加有V1的电压,则导体2 也将产生与V1成比例的电V2。由于导体之间必然存在静电电容,若 设电容为C10、C12 和C20,则电压V1 就被C12 和C20 分为两部分,该被分开的电压就为V2,可用下式加以计算； 导体1 和2 之间加入接地板便可构成静电屏蔽。这样,在接地板与导体1、导体2之间就产生了静电电容C`10 和C`20。等效电路,增加了对地静电电容，消除了导体1、2 之间直接偶合的静电电容。按示2.1，由于C12=0,故与V 1 无关,V2=0。这就是静电屏蔽的原理。
PCB板地线与接地技术
PCB板地线与接地技术 PCB,自问世以来一直处于发展之中,尤其是20世纪80年代家电发展、90年代信息产业的崛起,大大推进了PCB设计技术、制造工艺与PCB工业的发展。 地线与接地是PCB板设计中的一个重要方面,其实现方式与PCB板上的功能电路、器件、高密化、高速化有关。高速化还必须考虑高频谐波(常取10倍频),时钟信号上升边沿速率。地线与接地设计在PCB 三个发展阶段中,在解决EMC方面积累了丰富经验的重要措施之一。 之一。通孔插装技术(THT) 用PCB阶段,或用于以DIP器件为代表的PCB阶段。40到80年代。主要特点：镀(导)通孔起到电气互连和支撑器件引腿的双重作用。提高密度主要靠减少线宽/间距。 之二。表面安装技术(SMT)用PCB阶段,或用于QFP和走向BGA器件为代表的PCB阶段。90年代到90年代中后期,PCB专业企业相继完成THT用PCB走向SMT用PCB的技术改造。主要特点：镀(导)通孔只起到电气互连作用。提高密度主要靠减少镀(导)通孔直径尺寸和采用埋盲孔结构。 之三。芯片级封装(CSP)用PCB阶段,或用于SCM/BGA与MCM/BGA 为代表的MCM-L及其母板PCB阶段。主要的典型产品是新一代的积层式多层板(BUM)。主要特点：从线宽/间距(＜0.1mm)、孔径(Φ＜0.1mm)到介质厚度(＜0.1mm)等全方位地进一步减少尺寸,使PCB达到更高的互连密度,以满足CSP的要求。BUM于90年代出现,目前已步入生
产阶段。 几个有关术语： 接地通用术语,量身定制。词前必须加修饰语。示例(英国术语),是在建筑的接入线中,安全接地线对地的连接。 接地方法 所选择的一种满足特定要求的引导电流的最佳方法。 接地环路 包括一个作为接地电位元件(面、引线、导线)的电路,返回电流可以通过这个元件(面、引线、导线)返回。一个电路中至少有一个接地环路。 地环路包括一些导电元件(如平板、走线及导线) 的电路,假定其具有地电位,有回流穿过。一个电路至少有一个地环路。尽管所设计的地环路是可以接受的,但不希望有的信号在环路中引起电流,可能导致系统不正常工作。 接地引线的设置从PCB到金属结构做固体接地连接,以便提供系统级的接地参考,无论系统使用的哪种接地方法都需要它。 单点接地 许多电路的参考点都汇总于一个单独的位置,以允许不同点间通信的方式,所有信号因此将参考同一位置的电位。注意：在PCB上,两点间距离应保持λ/20以内。例如,设噪声频率为1GHz, λ=30cm, λ/20为1.5cm。距离应保持≤1.5cm。如果考虑PCB材质ε= 2.3, λ/20距离为(λ/20)/ε=1.5/1.5=1cm 多点接地使不同电路具有同一公共的等位体或参考的一种方法。可以在所要求的许多位置通过任何可能的方式进行连接。 参考在两个电路之间进行电气连接,以使两个电路的0V参考电压相等。
电子设备地线干扰及其抑制
电子设备地线干扰及其抑制 为构成电信号的通路、防止设备外壳带电而造成人身不安全，一般电子设备的机架、外壳、插件、插箱、底板等都与地相连。连接这些“地”的导体称为地线，地线设置的不好，会影响设备的电磁兼容性设计，造成地线干扰，主要表现为：地阻抗干扰和地环路的干扰。 5．4．1 地阻抗干扰和抑制 由于地线自身有阻抗，电路工作时，各种频率的电流都可能流经地线某些段而产生电压降，这种电压降会使得电路中各部分对地电压变化而产生干扰。如图所示，U1为干扰电路1中的干扰源电压，U2为受干扰电路2中的信号电压，Z g为两电路公共地阻抗。 根据电路1和电路2两个回路可写出下列方程：
图 公共地阻抗引起的干扰 g g g L i Z I I U Z I I R R I U )()()(21211111+=+++= 由于仅讨论电路1对电路2的干扰，2I 在公共阻抗g Z 上的作用不予考虑，（5.11）可简化为 g g g L i Z I U Z R R I U 11111) (=++= 得g L i g g Z R R U Z U ++=111 一般 g L i Z R R >>+11，忽略g Z 则 1 11 L i g g R R U Z U += g U 在电路2负载2L R 上所形成的噪声电压n U 为 n U =g L i L U R R R 2 22 + 将式（5—13）代入式（5—14）可得 n U =))((22111 2L i L i L g R R R R U R Z ++ 可见，电路2负载2L R 上的噪声电压n U 与干扰电压1U 、公共地线阻抗g Z 及负载2L R 成正比。
PCB设计中地线干扰抑制方法详解
PCB设计中地线干扰抑制方法详解 ——铁路信号设备地线干扰抑制方法的研究（三） 2013-06-07 来源：电子元件技术网网友原创博文作者：杨鹏[责任编辑：Cynthiali] 【导读】本文是电子元件技术网网友原创博文《铁路信号设备地线干扰抑制方法的研究》系列第三章，重点介绍了在PCB设计中，如何通过适当接地方法，规避地线干扰，包括地环路干扰抑制方法、公共阻抗耦合干扰抑制方法、混合接地等内容。 《铁路信号设备地线干扰抑制方法的研究》全文从电气电子设备接地重要性与地线干扰形成机理入手，重点介绍电气电子设备接地点与接地方式选择、增加地环路阻抗、降低接地阻抗等方法，来消除公共阻抗耦合、地环路等地线干扰，实现电气电子设备良好的电磁兼容。最后，针对铁路现场电磁骚扰源特性与耦合方式，成功地将地线干扰抑制方法应用于某铁路信号设备的电磁兼容设计中。 全文第一章为：EMC接地的概念与分类 全文第二章为： EMC地线干扰形成的机理 4 地线干扰抑制方法 接地抗干扰技术的主要内容，一是避开地环路电流的干扰，二为降低公共地线阻抗的耦合干扰。“一点接地”有效地避免了地环路电流干扰，而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗耦合干扰的有效措施。 4.1 地环路干扰抑制方法 从地环路干扰的机理可知：只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰，此外，防止线缆上的共模骚扰电流转化为干扰电压，也是解决地环路干扰的问题的效措施。 抑制地环路干扰主要方法有：平衡电路、光电隔离、磁电隔离、共模扼流圈，以及减少地线阻抗与浮地。本节将重点讨论平衡电路、光耦隔离、磁电隔离、共模扼流圈在抑制地环路干扰方面的应用。 4.1.1 平衡电路 当感应的电磁干扰在回路上传输时，如果回路的阻抗完全对称时，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做到达到完全对称，这种不平衡阻抗，会将传输线中的共模干扰转化为差模干扰，从而对电路造成干扰，平衡电路抑制地环路共模干扰的机理如下图所示：
PCB地线的干扰与抑制
电子设计工程 Electronic Design Engineering 第19卷Vol.19第7期No.72011年4月Apr.2011 收稿日期：2010-12-23 稿件编号：201012076 作者简介：段向东（1980—），男，河南郑州人，硕士研究生，助教。研究方向：嵌入式技术与应用。 PCB 地线的干扰与抑制 段向东，李敏 （郑州旅游职业学院机电系，河南郑州450000） 摘要：在PCB 设计中，尤其是在高频电路中，经常会遇到由于地线干扰而引起的一些不规律、不正常的现象。本文对地线产生干扰的原因进行分析，详细介绍了地线产生干扰的三种类型，并根据实际应用中的经验提出了解决措施。这些抗干扰方法在实际应用中取得了良好的效果，使一些系统在现场成功运行。关键词：PCB ；干扰；地线；阻抗；抗干扰中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2011）07-0174-03 Grounding wire interference and reducing in PCB DUAN Xiang -dong ，LI Min （Electromechanics Department,Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou 450000,China ） Abstract ：In PCB design ，especially in the high frequency circuit ，often encountered a number of irregular ，abnormal phenomenon.due to interference caused by the grounding.This article has analysised the reason of the grounding wire interference ，describes three types of the grounding wire interferences ，and proposed the solution measure according to the experience of the practical application.These technologies have practically brought about good effect ，making some systems run successfully in the working places. Key words ：PCB ；interference ；grounding line ；resistance ；anti -disturbance 在单片机系统中，PCB （印制电路板）是用来支撑电路元件，并提供电路元件和器件之间电气连接的重要组件，PCB 导线多为铜线，铜自身的物理特性也导致其在导电过程中必然存在一定的阻抗，导线中的电感成分会影响电压信号的传输，电阻成分则会影响电流信号的传输，在高频线路中电感的影响尤为严重，因此，在PCB 设计中必须注意和消除地线阻抗所带来的影响。 1产生干扰的原因 电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下 导线对电流呈现的阻抗，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。由于地线总是存在阻抗，因此用万用表测量地线时，地线的电阻一般是mm Ω级。 以PCB 上一段长10cm 、宽1.5mm ，厚度为50μm 的导线为例，通过计算可得到其阻抗的大小。R=ρL/s （Ω），式中 L 为导线长度（m ），s 为导线截面积（mm 2），ρ为电阻率ρ=0.02， 因此该导线电阻值约为0.026Ω。 当一段导线与其他导线远离并且其长度远大于宽度时，导线的自感量为0.8μH/m ，那么10cm 长的导线的电感量是 0.08μH 。再由下面的公式求出导线感抗：X L =2πfL ， 下式中，f 为导线通过信号的频率（Hz ），L 为单位长度导线的自感量（H ）。所以分别计算出该导线在低频和高频下的感抗值： f =10kHz ：X L =6.28×10×103×0.08×10-6≈0.005Ω；f =30MHz ：X L =6.28×30×106×0.08×10-6≈16Ω 在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压。通过以上的公式计算可以看出，在低频信号传输中导线电阻大于导线感抗，对于数字电路，电路的工作频率很高，在高频信号中导线感抗要远大于导线电阻[1]。因此，地线阻抗对数字电路的影响是十分可观的。这就是电流流过小电阻时产生大压降，导致电路工作异常的原因。 2 地线干扰机理 2.1 地环路干扰 地环路干扰是一种较常见的干扰现象，常常发生在通过较 长电缆连接并且相距较远的设备之间。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[2]。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[3]。如图1所示是两个接地的电路。 图1 地环路干扰 Fig.1 Loop grounding wire interference
PCB布线的地线干扰与抑制处理方法
PCB布线的地线干扰与抑制处理方法 1．地线的定义 什么是地线？大家在教科书上学的地线定义是：地线是作为电路电位基准点的等电位体。这个定义是不符合实际情况的。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，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期望。HENRY 给地线了一个更加符合实际的定义，他将地线定义为：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。按照这个定义，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。因此，我们应该将地线上的电位想象成象大海中的波浪一样，此起彼伏。 2．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。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阻抗，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。任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于直流电阻，表 1 给出的数据说明了这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压。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。 表1 导线的阻抗（Ω）： 频率 Hz D = 0.65 10cm 1m D = 0.27 10cm 1m D = 0.065 10cm 1m D = 0.04 10cm 1m 10 51.4m 517m 327m 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m 1k 429m 7.14m 632m 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 115 如果将10Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到10MHz 时，对于1米长导线，它的阻抗是直流电阻的1000 倍至10万倍。因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。从表上还可以看出，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很有限。但在电磁兼容中，人们最关心的交流阻抗。为了减小交流阻抗，一个有效的办法是多根导线并联。当两根导线并联时，其总电感L为： L = ( L1 + M ) / 2 式中，L1 是单根导线的电感，M是两根导线之间的互感。从式中可以看出，当两根导线相距较远时，它们之间的互感很小，总电感相当于单根导线电感的一半。因此我们可以通过多条接地线来减小接地阻抗。但要注意的是，多根导线之间的距离不能过近。
上篇9——+认识共模干扰与差模干扰
认识共模干扰与 差模干扰V1.0 2014.01.26 --By：Mythink 目录 1、什么是共模与差模 (1) 1.1、共、差模信号 (1) 1.2、电源线何来共模、差模干扰之说 (2) 2、电源、地线出现共模和差模的原因 (3) 2.1、电源线出现差模信号 (3) 2.2、电源线上出现共模干扰 (4) 3、本章精要 (5)
什么东西且有自己的见解，那么不必看第一节，直接看第二节即可。因为第二小结讨论的共模问题是日常很多人都忽略的问题。 注意：下文中通常说的“电源线”通常包括电源线和地线，甚至是端电源系统导线的总称。 1、什么是共模与差模 有些人自认为对共模与差模已经很了解了——“对于电信号，同相位的信号叫共模、反相位的信号叫差模”。这个虽然笼统，但是并没有错。能说出这个似乎对共模与差模还真有理解，但是假如仅仅停留在这个阶段，平时闲侃还可以，但是要真正去解决问题，恐怕只能靠一些运气。 笔者对该命题了解不是非常透彻，但是经常发现日常常见的错误观点，在此指出，以助入门摈弃对理论的误解，在实际解决问题时更加有理论依据、更有把握。 1.1、共、差模信号 物理学的“运动”中，必须有2个以上的物体，并以其中一个为参考系（点），这样才知道A对B物体是否有“运动”。 同理，差模与共模也是这样。有两条导线相对于大地才能较好地做出判定“这两条线是否有差模或共模”出现。 图示是网络上经常看到的关于解释共模与差模信号的图。左右两图都有三根线——A、B两根信号线和地线。一般的解释大致都说：左图A、B两根信号线上的波动方向（相位）相同，所以是共模信号；右图A、B信号线的波动方向（相位）相反，所以是差模信号。 图1.1-1 这种解释没错，只是不够严谨，所以很多初学者理解错了，把一根线相对于大地也认为是共模、差模。甚至，把共模、差模这两个名词作为技术的时尚名词，这个大可不必。 对上面解释共模、差模的观点，我个人理解如下：（1）三个物体相比较，才有共模差模之说：日常中两根线（比如电源线和地线）出现的共模、差模，其实，是默认以大地或“电位差与大地保持不变的电势点”作为电平参考点（看，这里
emc地线干扰机理
3 地线干扰形成机理 电气电子设备电磁兼容问题，主要由电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备三要素组成，缺少其中任何要素，均不会构成电磁兼容问题。对于电磁兼容问题来说，弄清了电磁干扰的耦合途径，就可以采用屏蔽、滤波、接地、瞬态抑制的措施，切断其传播途径，提高电子设备的抗干扰能力或抑制其电磁骚扰。因此，电磁干扰耦合途径的研究是解决电子设备电磁兼容问题的难点与关键。 电磁兼容耦合途径主要分为传导耦合、辐射耦合。 辐射干扰耦合是指干扰源通过空间传播到敏感设备的干扰，主要分为电场（电容）耦合、磁场（电感）耦合、电磁场（天线）耦合。 所谓传导干扰是以传导耦合为主要传播方式的电磁干扰，是骚扰源与敏感设备之间最主要的耦合途径或方式。传导耦合要求在骚扰源与敏感设备之间有完整的电路连接。 其耦合途径有三种：公共电源、公共地回路、互连导线。其中，通过以公共地回路进行传导耦合的干扰，即地线干扰，最为复杂、最以难处理，也最为常见。 3.1 地线干扰耦合机理 信号地线是各种物理量的传感器、信号、通信互连设备的零电位公共基准地线。电子设备一般采用具有一定面积的铜皮面作为接地面，由于各种原因在接地面上总有接地电流通过，而金属接地两点之间总存在一定的阻抗，因而产生接地干扰电压。可见接地电流的存在是产生接地干扰的根源。 由于信号一般都较弱，易受干扰，因此在电磁兼容设计中，对信号地的要求较高。地线干扰形成机理如下图所示： 图4 单根信号线的地环路干扰 假设在信号线注入共模电流Si，首先会对第一部分电路IC1的输入信号产生干扰，如果在
IC1的输入端加了滤波电容C(如果没有C，干扰就可能直接影响IC1)，则Si干扰信号大部分被C滤除或旁路，然后大部分会沿着PCB的地阻抗从一端流向地层的另一端，后一级的干扰将会在干扰电流流过系统时产生。 图中Z0V表示PCB中两部分电路之间的地阻抗，表示集成电路ICI向集成电路IC2传递的信号电压。 当共模干扰电流流过地阻抗Z0V时，Z0V的两端就会产生压降，如下式所示： 该压降对集成电路IC2来说相当于在ICI的传递信号上叠加一个干扰信号。 3.2 地线干扰的特性 按照干扰信号对于电路作用的形态不同，可将传导干扰分为“共模干扰”和“差模干扰”。“差模干扰”是指的干扰电压存在于信号线及其信号地回路之间，干扰电流回路则是在导线构成的回路中流动，如下图所示： 图5 差模干扰电压与电流示意图 共模干扰指的是干扰电压在信号线及其信号地回路上的幅度相同，这里的电压以附近的大地、金属机箱、参考地线板等为参考电位，干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动，如下图所示： 图6共模干扰电压与电流示意图 3.3 公共阻抗耦合的地线干扰 当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时，就出现共阻抗耦合。在电源线和地线上传播的
接地与浮地技术(精华)
“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。 “地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。 一：信号“地”又称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回 路的公共端。 (1) 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。 (2) 交流地：交流电的零线。应与地线区别开。 (3) 功率地：大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。 (4) 模拟地：放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。 (5) 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。 (6) “热地”：开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电 网有关，即所谓的“热地”，它是带电的。 (7) “冷地”：由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输 出端的地称之为“冷地”，它不带电。 信号接地 设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。 有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。（这里主要介绍浮地）单点接地是指整个电路系统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这一点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）。在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路，常采用 多点接地。浮地，即该电路的地与大地无导体连接。『虚地:没有接地，却和地等电位的点。』其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。 1：浮地技术的应用 a交流电源地与直流电源地分开 一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术， 可以隔离来自交流电源地线的干扰。
图解PCB地线干扰及抑制对策
图解PCB地线干扰及抑制对策 在电子产品的PCB设计中，抑制或防止地线干扰是需要考虑的最主要问题之一。而许多初学者不了解地线干扰的成因，因此对解决地线干扰问题也就束手无策了。 所谓干扰，必然是发生在不同的单元电路、部件或系统之间，而地线干扰是指通过公用地线的方式产生的信号干扰。注意这里所提到的信号，通常是指交流信号或者跳变信号。地线干扰的形式很多，有人把它归结成两类：地线环路干扰、公共阻抗干扰，我认为应该还要加上地线环路的电磁偶合干扰，因此是三类。下图可以很好的说明三类地线干扰的成因。 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。（本文是E道理https://www.360docs.net/doc/b45503157.html,原创技术文章，转载请标明出处。） 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。 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”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。当两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切断地环路，增加地环路的阻抗，使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗。
电磁兼容中接地技术详解
电磁兼容中接地技术详解 接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，也是EMC性能高低之关键因素。在电子设备中，合理地应用接地技术，能抑制电磁噪声，大大提高系统的抗干扰能力，减少EMI。并且良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用，能释放设备机壳上积累的大量的电荷，从而避免产生静电放电效应。 在设计一个产品时，在设计期间就考虑到接地是最经济的方法。一个设计良好的接地系统，不仅从PCB，而且能从系统的角度防止辐射和进行系敏感度的防护。 有关接地系统所关心的重要领域包括： ①通过对高频元件的仔细布局，减小电流环路的面积或使其极小化。 ②对PCB或系统分区时，使高带宽的高频电路与低频电路分开。 ③设计PCB或系统时，使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。 ④仔细选择接地点以使环路电流，接地阻抗及电路的转移阻抗最小。 ⑤把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。 ⑥把非常敏感的（低噪声容限）的电路连接到一稳定的接地参考源上。
首先了解一下接地的分类及相关定义，根据接地的作用不同，将设备的“地”分成以下3大类： 工作地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位而不会随着外界电磁场的变化而变化。 根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。 这里重点介绍信号地和功率地： 信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。信号地的较好定义是信号流回源的一个低阻抗路径。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置。 安全地
地线造成的干扰以及解决的办法
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。