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1、长线传输与接地技术专题长线传输与接地技术专题1.长线传输干扰与抑制方法2.接地技术1.长线传输干扰与抑制方法（1）长线传输干扰 长线的“长”是相对的：取决于集成电路的运算速度（速度越快，绝对长度越短）。 信号在长线中传输遇到三个问题： 一是长线传输易受到外界干扰， 二是具有信号延时， 三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。波反射产生的原理波反射产生的原理 阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。 消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大
2、小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。传输介质传输介质 双双绞绞线线：双双绞绞线线是是由由两两条条导导线线按按一一定定扭扭距距相相互互绞绞合合在在一一起起的的类类似似于于电电话话线线的的传传输输媒媒体体，每每根根线线加加绝绝缘缘层层并并有有颜颜色色来来标记。标记。 双双绞绞线线的的波波阻阻抗抗一一般般在在100100至至200200之之间间，绞绞花花越越密密，波波阻阻抗抗越越低低。（波波阻阻抗抗代代表表的的是是单单位位长长度度的的阻阻抗抗值值，与与其其传传输输线的总长度无关，仅代表该传输线本身的特性）线的总长度无关，仅代表该传输线本身的特性） 同同轴轴电电缆缆：同同轴轴电电缆缆可可分分为为两两类类：
3、粗粗缆缆和和细细缆缆，这这种种电电缆缆在在实实际际应应用用中中很很广广，比比如如有有线线电电视视网网，就就是是使使用用同同轴轴电电缆缆。不不论论是是粗粗缆缆还还是是细细缆缆，其其中中央央都都是是一一根根铜铜线线，外外面面包包有有绝绝缘缘层。层。 同轴电缆的波阻抗在同轴电缆的波阻抗在5 50 0至至1 10000之间。之间。 （2）长线传输干扰的抑制方法）长线传输干扰的抑制方法 采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。传传输线与负载不匹配：传输线功率容量降低；增加传输线与负
4、载不匹配：传输线功率容量降低；增加传输线的衰减输线的衰减 如果信号源与传输线不匹配，不仅会影响信号如果信号源与传输线不匹配，不仅会影响信号源的频率和输出的稳定性，而且信号源不能给出最源的频率和输出的稳定性，而且信号源不能给出最大功率。因此，微波传输系统一定要作到阻抗匹配。大功率。因此，微波传输系统一定要作到阻抗匹配。 终端匹配终端匹配 始端匹配始端匹配终端匹配终端匹配在（a）中，如果传输线的波阻抗是RP，那么当R=RP时，便实现了终端匹配，消除了波反射。此时终端波形和始端波形的形状相一致，只是时间上迟后。由于终端电阻变低，则加大负载，使波形的高电平下降，从而降低了高电平的抗干扰能力，但对波形的
5、低电平没有影响。在（b）中，等效电阻R为 R= R1R2/(R1+R2)适当调整R1和R2的阻值，可使R=RP。这种匹配方法也能消除波反射，优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，可选取R1=R2=2RP，此时等效电阻R=RP。实践中，宁可使高电平降低得稍多一些，而让低电平抬高得少一些，可通过适当选取电阻R1和R2，使R1R2达到此目的，当然还要保证等效电阻R=RP。 等效电路等效电路 常用终端匹配电路常用终端匹配电路 始端匹配始端匹配 在传输线始端串入电阻R，如图所示，也能基本上消除反射，达到改善波形的目的。一般选择始端
6、匹配电阻R为R=RP-PSC ，其中RSC为门A输出低电平时的输出阻抗。 2接地技术 “ “地地”是电路或系统中为各个信号提供参考电位的一个等电是电路或系统中为各个信号提供参考电位的一个等电位点或等电位面；位点或等电位面； “ “接地接地”就是将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电就是将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电阻导体连接起来，构成一个基准电位。阻导体连接起来，构成一个基准电位。(1)(1)地线系统分析地线系统分析什么是地线？什么是地线？ 电子设备的电子设备的“地地”通常有两种含义：一种是通常有两种含义：一种是“大地大地”（安全（安全地），另一种是地），另一种是“系统基准地系统基
7、准地”（信号地）。（信号地）。 “ “接大地接大地”就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。 接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。路。 前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线；前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线； 后者是为了保证电路正确工作所设置的地线，造成电路干扰后者是为了保证电路正确工作所设置的地线，造成电路干扰现象的主要是信号地。现象的主要是信号地。 在进行电磁兼
8、容问题分析时，对地线使用下面的定义：在进行电磁兼容问题分析时，对地线使用下面的定义：“地地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。”安全地的连接安全地的连接安全地与信号地安全地与信号地安全地与信号地是区别的，信号地实际是为系统之安全地与信号地是区别的，信号地实际是为系统之间信号的传输提供的参考电位，信号地线上电位不间信号的传输提供的参考电位，信号地线上电位不一定要求与大地的电位保持一致，信号地线仅仅为一定要求与大地的电位保持一致，信号地线仅仅为信号电流提供了一条输送返回电流的传输路径，是信号电流提供了一条输送返回电流的传输路径，是系统之间信号传输的公共路径，保证
9、了系统之间信系统之间信号传输的公共路径，保证了系统之间信号的传输的可靠。而安全地是为了保证系统或人身号的传输的可靠。而安全地是为了保证系统或人身的安全而设置的，安全地一般要求通过导线与大地的安全而设置的，安全地一般要求通过导线与大地直接相连接。安全地线上的电位要与大地的电位保直接相连接。安全地线上的电位要与大地的电位保持一致。持一致。 在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。地、安全地、系统地、交流地。 模模拟拟地地作作为为传传感感器器、变变送送器器、放放大大器器、A/DA/D和和D/AD/A转转换换器
10、器中中模模拟拟电电路路的的零零电电位位，所所有有组组件件的的模模拟拟地地最最终终都都归归结结到到供供给给模模拟拟电电路路电流的直流电源的参考点上。电流的直流电源的参考点上。 数数字字地地作作为为计计算算机机中中各各种种数数字字电电路路的的零零电电位位，应应该该与与模模拟拟地地分分开开，避避免免模模拟拟信信号号受受数数字字脉脉冲冲的的干干扰扰，所所有有组组件件的的数数字字地地最最终终都与供给数字电路电流的直流电源的参考点相连。都与供给数字电路电流的直流电源的参考点相连。 安安全全地地的的目目的的是是使使设设备备机机壳壳与与大大地地等等电电位位，以以避避免免机机壳壳带带电电而而影影响响人人身身及及
11、设设备备安安全全。通通常常安安全全地地又又称称为为保保护护地地或或机机壳壳地地，机机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。 系系统统地地就就是是上上述述几几种种地地的的最最终终回回流流点点，直直接接与与大大地地相相连连。众众所所周周知知，地地球球是是导导体体而而且且体体积积非非常常大大，因因而而其其静静电电容容量量也也非非常常大大，电电位位比比较较恒恒定定，所所以以人人们们把把它它的的电电位位作作为为基基准准电电位位，也也就就是是零零电电位。位。 交流地交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。在交流地上任意两
12、点之间，往往很容易就有几伏至几很不稳定。在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至几十伏的电位差存在。另外，交流地也很容易带来各种干扰。因此，十伏的电位差存在。另外，交流地也很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许分别与上述几种地相连，而且交流电源变压器交流地绝对不允许分别与上述几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。 接地理论接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。接地。 当频率小于当频率小于1MHz1MHz时，可以采用单点接地方式；（因为布线和时，可以采用单点接地方式
13、；（因为布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地因而应采用一点接地 ） 当频率高于当频率高于10MHz10MHz时，可以采用多点接地方式。（因为接地时，可以采用多点接地方式。（因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，必将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。必将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地）采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值
14、接地面接地） 在在1 1至至10MHz10MHz之间，如果用单点接地时，其地线长度不得超过之间，如果用单点接地时，其地线长度不得超过波长的波长的1/201/20，否则应使用多点接地。，否则应使用多点接地。 单点接地的目的是避免形成地环路，地环路产生的电流会引单点接地的目的是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。入到信号回路内引起干扰。 地环路产生的原因地环路产生的原因：地环路干扰发生在通过较长电：地环路干扰发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是设缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，地线电压导致了地环路电流，由备之间的
15、地线电位差，地线电压导致了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压。差模干扰电压。 回流法单点接地回流法单点接地：模拟地、数字地、安全地：模拟地、数字地、安全地( (机壳机壳地地) )的分别回流法。的分别回流法。 回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘条是由多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。安全地径。安全地(
16、(机壳地机壳地) )始终与信号地始终与信号地( (模拟地、数字地模拟地、数字地) )是是浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，并且常常通浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于过铜接地板交汇，然后用线径不小于300mm2300mm2的多股铜软的多股铜软线焊接在接地极上后深埋地下。线焊接在接地极上后深埋地下。 (2) (2) (2) (2)低频接地技术低频接地技术低频接地技术低频接地技术 一点接地方式一点接地方式信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。一信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地点接地
17、主要有两种接法：即串联接地( (或称共同接地或称共同接地) )和并联接和并联接地地( (或称分别接地或称分别接地) ) 。各自的优缺点：各自的优缺点：从防止噪声角度看，如图所示的串联接地方式是最不适用的，由从防止噪声角度看，如图所示的串联接地方式是最不适用的，由于地电阻于地电阻r r1 1、r r2 2和和r r3 3是串联的，所以各电路间相互发生干扰是串联的，所以各电路间相互发生干扰 。并联接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本并联接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流
18、而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。 实用的低频接地实用的低频接地 一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同地线接地。高电平电路经另一组共同地线接地。 一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线的地线(
19、 (称为称为“噪声噪声”地线地线) )；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线( (称称为为“金属件金属件”地线地线) )。 这三条地线应在一点连接接地。这三条地线应在一点连接接地。 (3)(3)(3)(3)通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术 电电路路一一点点地地基基准准: :一一个个实实际际的的模模拟拟量量输输入入通通道道，总总可可以以简简化化成由信号源、输入馈线和输入放大器成由信号源、输入馈线和输入放大器3 3部分组成。部分组成。 如如图图所所示示的的将将信信号号源源与与输输入入放放大大器器分分别别接接地地的的方方式式是
20、是不不正正确确的的。这这种种接接地地方方式式之之所所以以错错误误，是是因因为为它它不不仅仅会会遭遭致致磁磁场场耦耦合合的的影影响响，而而且且还还会会因因A A和和B B两两点点地地电电位位不不等等而而引引起起环环流流噪噪声声干干扰扰。忽忽略略导导线线电电阻阻，误误认认为为A A和和B B两两点点都都是是地地球球地地电电位位应应该该相相等等，是造成这种接地错误的是造成这种接地错误的根本原因根本原因。 为为了了克克服服双双端端接接地地的的缺缺点点，应应将将输输入入回回路路改改为为单单端端接接地地方方式式。当当单单端端接接地地点点位位于于信信号号源源端端时时，放放大大器器电电源源不不接接地地；当当单
21、单端接地点位于放大器端时，信号源不接地。端接地点位于放大器端时，信号源不接地。在导线的屏蔽中，主要针对电场耦在导线的屏蔽中，主要针对电场耦合和磁场耦合。而下面，将从如何合和磁场耦合。而下面，将从如何克服地环流影响的角度来分析和解克服地环流影响的角度来分析和解决接地问题。决接地问题。电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地: :当信号电路是一点接地时，低频当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。则应选择较好的接地点。 当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地的当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地的(
22、 (即使不是接大地即使不是接大地) )放大器相连时，输入线的屏蔽应接放大器相连时，输入线的屏蔽应接至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放大器相至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线的屏蔽层连时，即使信号源端接的不是大地，输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。也应接到信号源的公共端。(4)(4)主机外壳接地但机芯浮空主机外壳接地但机芯浮空 为为了了提提高高计计算算机机的的抗抗干干扰扰能能力力，将将主主机机外外壳壳作作为为屏屏蔽蔽罩罩接接地地。而而把把机机内内器器件件架架与与外外壳壳绝绝缘缘，绝绝缘缘电电阻阻大大于于50M50M，即即机机内内信信号号
23、地地浮浮空空这这种种方方法法安安全全可可靠靠，抗抗干干扰扰能能力力强强，但但制制造造工工艺艺复复杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。(5)(5)多机系统的接地多机系统的接地 在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资源共在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资源共享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工作。近距享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工作。近距离的几台计算机安装在同一机房内，可采用多机一点接地方法。离的几台计算机安装在同一机房内，可采用多机一点接地方法。对于远距离的计算机网络，多台计算机之间的数据通信，通过对于远距离的计算机网络，多台计算机之间的数据通信，通过隔离的办法把地分开。隔离的办法把地分开。 例如：采用变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信例如：采用变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术。技术。
