PCB地線的干擾與抑制

2．3 地環(huán)路電磁耦合干擾

圖1所示的“地線環(huán)路”將包圍一定的面積，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，如果這個(gè)環(huán)路所包圍的面積中有變化的磁場(chǎng)存在，就會(huì)在環(huán)路中產(chǎn)生感生電流，形成干擾?？臻g磁場(chǎng)的變化無(wú)處不在，于是包圍的面積越大干擾就越嚴(yán)重。

3 解決地線干擾的方法

3．1 解決地環(huán)路干擾

解決地環(huán)路干擾的基本思路有3個(gè)：一個(gè)是減小地線的阻抗，從而減小干擾電壓，但是這對(duì)第二種原因?qū)е碌牡丨h(huán)路干擾沒(méi)有效果。第二個(gè)方法是改變接地結(jié)構(gòu)，將一個(gè)機(jī)箱的地線連接到另一個(gè)機(jī)箱上，通過(guò)另一個(gè)機(jī)箱接地，這就是單點(diǎn)接地的概念。第三個(gè)是增加地環(huán)路的阻抗，從而減小地環(huán)路電流。當(dāng)阻抗無(wú)限大時(shí)，實(shí)際是將地環(huán)路切斷，即消除了地環(huán)路。因此提出以下幾種解決地環(huán)路干擾的方案。

1)將一側(cè)的設(shè)備浮地

如果將一側(cè)電路浮地，就切斷了地環(huán)路，因此可以消除地環(huán)路電流。但有兩個(gè)問(wèn)題需要注意，一個(gè)是出于安全的考慮，不允許電路浮地。這時(shí)可以考慮將設(shè)備通過(guò)一個(gè)電感接地。這樣對(duì)于50 Hz的交流電流設(shè)備接地阻抗很小，而對(duì)于頻率較高的干擾信號(hào)，設(shè)備接地阻抗較大，減小了地環(huán)路電流。但這樣做只能減小高頻干擾的地環(huán)路干擾。另一個(gè)問(wèn)題是，盡管設(shè)備浮地，但設(shè)備與地之間還是有寄生電容，這個(gè)電容在頻率較高時(shí)會(huì)提供較低的阻抗，因此并不能有效地減小高頻地環(huán)路電流。

2)使用變壓器

解決地環(huán)路干擾的最基本方法是切斷地環(huán)路。用隔離變壓器就起到這個(gè)作用，兩個(gè)設(shè)備之間的信號(hào)傳輸通過(guò)磁場(chǎng)耦合進(jìn)行，而避免了電氣直接連接。這時(shí)地線上的干擾電壓出現(xiàn)在變壓器的初次級(jí)之間，而不是在電路的輸入端。提高變壓器高頻隔離效果的一個(gè)辦法是在變壓器的初次級(jí)之間設(shè)置屏蔽層。但一定要注意隔離變壓器屏蔽層的接地端必須在接受電路一端。否則，不僅不能改善高頻隔離效果，還可能使高頻耦合更加嚴(yán)重。因此，變壓器要安裝在信號(hào)接收設(shè)備的一側(cè)。

變壓器隔離的方法有一些缺點(diǎn)，不能傳輸直流，體積大，成本高。由于變壓器的初次級(jí)之間有寄生電容，因此高頻時(shí)的隔離效果不是很好。

3)使用光隔離元件

用光傳輸信號(hào)是解決地環(huán)路問(wèn)題的理想方法。如圖3所示，光耦器件的寄生電容為2 pF左右，因此能夠在很高的頻率起到隔離作用。如果使用光纖，則沒(méi)有寄生電容的問(wèn)題，能夠獲得十分完善的隔離效果。但是，用光纖會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題，如：需要更大的功率、需要更多的外圍器件，光連接的線形和動(dòng)態(tài)范圍都達(dá)不到模擬信號(hào)的要求、光纜的安裝和維護(hù)比較復(fù)雜等，使用時(shí)應(yīng)注意。