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1、龚建强 西安电子科技大学 2012年4月13号11.1 地回路干扰l接地公共阻抗产生的干扰 两个不同的接地点之间存在一定的电位差，称为地电压。这是 由于两接地点之间总有一定的阻抗，地电流流经接地公共阻抗 ，在其上产生了地电压，此地电压直接加到电路上形成共模干 扰电压。如图1所示的接地回路，来自直流电源或者高频信号 源的电流经接地面返回。由于接地面的公共阻抗非常小，所以 在电路的性能设计时往往不予考虑。但是，对电磁骚扰而言， 在回路中必须考虑接地面阻抗的存在。图1 公共阻抗引起的骚扰图1中干扰回路和被干扰回路之间存在一个公共阻抗Zi，该公 共阻抗上存在的电压为UiZiI1ZiI2。对被干扰回路而
2、言， ZiI1是电磁骚扰电压,而ZiI2是对负载电压降的分压，由于 RL2|Zi|，因此，一般情况下ZiI2对负载电压降的影响可以忽 略不计，仅考虑I1所引起的电磁骚扰电压对负载的作用。 若不考虑被干扰回路的电流I2在接地公共阻抗Zi上的作用，即 令U20，则电路1中的电流I1在接地公共阻抗Zi上产生骚扰电 压Ui，此电压降使被干扰回路的负载RL2受到骚扰，其骚扰电 压为地回路干扰可见被干扰回路的负载RL2受到的骚扰是电路1骚扰源U1的函数 。 实例1：假设采用电缆槽作为接地面，将两个电路的地线均接到 电缆槽上，接地点间的公共地阻抗Zi0.32 ；电路1发送定 时脉冲，电压信号源幅度为5 V，
3、频率为100 kHz； 信号源的内 阻为100 ；负载阻抗为10 ；被干扰回路的信号源内阻为 100 ；负载端是内含传感器的显示装置，阻抗为100 ；显 示器的灵敏度为1 mV。求被干扰回路的负载(显示装置)上可能 受到的干扰电压值。 【解】根据公式(11-1)有地回路干扰(11-1)可见，干扰电压Un的值远远大于显示器的灵敏度1 mV，因此显 示器不能正常工作。此例表明，在电子电路的设计和布局中， 必须给予公共地阻抗足够的重视。l地电流与地电压的形成 电子设备一般采用具有一定面积的金属板作为接地面，由于各 种原因在接地面上总有接地电流通过，而金属接地板两点之间 总存在一定的阻抗，因而产生接地
4、干扰电压。可见，接地电流 的存在是产生接地干扰的根源。接地电流产生的原因主要有 (1)导电耦合引起接地电流：用电设备中采用两点接地或多点接 地时形成接地回路，接地电流将流过接地回路，如图2所示 地回路干扰图2 导电耦合的地电流回路(2)电容耦合形成接地电流：由于电路元件、器件、构件与接地 面之间存在杂散电容(分布电容)，通过杂散电容可以形成接地 回路，电路中的电流总会有部分电流泄漏到接地回路中，如图3 所示。(3)电磁耦合形成感应电流：当电路中的线圈靠近设备壳体时， 壳体相当于只有一匝的二次线圈，它和一次线圈之间形成变压 器耦合，机壳内因电磁感应将产生接地电流，而且不管线圈的 位置如何，只要有
5、变化磁通通过壳体，就会产生感应电流。地回路干扰图3 导电耦合的地电流回路(4)金属导体的天线效应形成地电流：辐射电磁场照射到金属导 体时，由于金属导体的接收天线效应，使金属导体上产生感应 电动势，如果金属体是箱体结构，那么由于电场作用，在平行 的两个平面上将产生电位差，使箱体有接地电流流过，该金属 箱体同回路连接时，就会形成有接地电流通过的电流回路。 当采用传输线连接的设备置于地面附近时，如图4所示，外界电 磁场作用于传输线，使传输线上形成共模干扰电压源，进一步 在公共地阻抗上形成干扰电压；或者，通过传输线与接地面形 成的导电回路中的电磁场随着时间变化，也会在传输线上形成 干扰。 地回路干扰图
6、4 电磁波在传输线上形成共模干扰综上可知，接地公共阻抗、传输线或者金属机壳的天线效应等 因素，使地回路中存在共模干扰电压，该共模干扰电压通过地 回路作用到受害电路的输入端，形成地回路干扰。 地回路干扰11.2 电路的接地点选择l放大器与信号源的接地点选择 图5表示一个信号源与放大器连接的电路。如果信号源在A点 接地，放大器在B点接地，则两接地点A、B之间存在地电位差 UG。RC1和RC2为信号源与放大器连接导线的电阻。由图可见 ，此时加至放大器输入端的电压为UNUSUG。图5 放大器与信号源接地点的选择为了剔除地电压的干扰， 应采用一点接地。如果采 用A点接地，而B点不接地 ，即放大器所用的电
7、源不 接地，此时需要使用差分 放大器。通常比较方便的 一点接地方式是选择B点 接地，而A点不接地。图5中，导线电阻RC1和RC2一般很小，通常在1以下，取RC1 RC2 1。两接地点A、B之间存在的地电阻RG更小，比如 取RG0.01。信号源的内阻RS一般为500。设放大器的输 入阻抗为10k，图5所示电路的等效电路可用图6来表示。因 为RC2RC2RG，所以式(11 -3)中的干扰电压值将大幅度降低，即信号源与地隔离且放大 器与地相连时，放大器输入端的干扰电压小得多。理想的隔离 阻抗为无穷大，此时放大器输入端的干扰电压值为零。如果 ZSG1 M，根据式(11-3)计算得，UN0.0095V。
8、综上可见，信号源与放大器连接构成电路时，采用信号源与地 隔离的一点接地方式，可抑制接地干扰电压对放大器输入端产 生的干扰。l多级电路接地点的选择 一般来说，电子设备中的低电平级电路是最易受到干扰的电路 ，因此，接地点的选择也应使低电平级电路受干扰最小。电路的接地点选择(11-3)比较式图7所示的A、B、C三级电路，其电平关系为ABC 。图7(a)为接地点o选择在靠近高电平级电路的c端；图7(b)为 接地点o选择在靠近低电平级电路的a端。 多级电路接地点选择在靠近高电平级电路端(图7(a)时，低电 平级电路端a点的电位为Uao(RabjLab)Ia(RbcjLbc)(IaIb)(RcojLco)
9、(IaIbIc)(11-4)电路的接地点选择图7 多级电路接地点的选择式中，Rab、Rbc、Rco和Lab、Lbc、Lco分别表示ab、bc、co各段 接地线的电阻及电感。 接地点选择在靠近低电平级电路输入端时，低电平级电路a点 的电位为Uao(RaojLao)(IaIbIc) (11-5)比较式(11-4)和式(11-5)知|Uao|Uao|。这说明接地点选择在 靠近低电平级电路的输入端时，电路受地电位差的干扰最小， 因为这时a点电位只受ao段地线阻抗的影响。因此多级电路的接地点应选择在低电平级电路的输入端。l谐振回路接地点的选择 并联谐振回路内部的电流是其外部电流的Q倍(Q为谐振回路的 品
10、质因数)，所以谐振回路内部的电流有时是非常大的，如果 把谐振回路的电感L和电容C分别接地，如图8所示，在接地回 路中将有高频大电流通过，会产生很强的地回路干扰。电路的接地点选择如果将谐振回路的电感L和电容C取一点接地，使谐振回路本 身形成一个闭合回路，如图9所示，此时高频大电流将不通过 接地面，从而有效地抑制了地回路干扰。因此，谐振回路必须 单点接地。电路的接地点选择图8 谐振回路的错误接地图9 谐振回路的正确接地11.3 地回路干扰的抑制措施l隔离变压器 隔离变压器是通过阻隔地回路的形成来抑制地回路干扰的，如 图10所示，其等效电路如图11所示，分析方法基于线性电路的 叠加原理。图10 采用
11、隔离变压器阻隔地回路图11 隔离变压器阻隔地回路的等效电路(11-6)由(11-6)有可见当CRLRG时，由等效电路图 17(b)可得UG在放大器输入端引起的干扰电压为地回路干扰的抑制措施图17 差分放大器(11-23)由(11-23)知若信号源内阻RS相对很小，且RL1L2，RC1 RC2，即阻抗平衡，则UN0。当放大器输入阻抗RL1与RL2增加 时，可使UN减小。例如在图17中，设UG100 mV，RG 0.01，RS500，RC1RC21。若RL1RL210 k，由 (11-23)可算出UN4.76 mV。如果RL1与L2为100 k，则由 式(11-23)得UN0.5 mV，此时，UN几乎减少20 dB。 图18给出了差分电路可减小UN的改进电路。图中接入电阻R用 以提高放大器的输入阻抗，以减少地干扰电压UG的影响，但 没有增加信号US的输入阻抗。 地回路干扰的抑制措施图18 差分放大器的改进电路设RAB为图中A、B两点间的电阻，RG为接地电阻，一般有 RG(RRAB)，此时UG在放大器输入端引起的噪声电压为式中，UAB为UG在图中A、B两点产生的电压：由于UABUG，因此，由(11-25)计算所得到的UN将小于由式 (11-24)计算所得到的UN。而对信号US而言，并没有增加输入 阻抗。 地回路干扰的抑制措施(11-24)(11-25)
