地線(xiàn)的干擾與抑制 ——地線(xiàn)的干擾與抑制

　　1 地線(xiàn)干擾成因

　　導線(xiàn)的阻抗是電阻和電抗之和，電抗與頻率有關(guān)，當電流頻率f=0時(shí)，阻抗等于電阻，頻率較高時(shí)阻抗基本由感抗決定。由于地線(xiàn)存在阻抗，當電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí)，會(huì )在地線(xiàn)上形成電位差，使信號傳輸出現偏差，這就是地線(xiàn)干擾。

　　2 地線(xiàn)干擾形式

　　地線(xiàn)干擾的形式主要有地環(huán)路干擾和共阻抗干擾兩種。

　　2.1 地環(huán)路干擾，如圖1所示，電路分別接地，由于地線(xiàn)阻抗的存在，當電流較大時(shí)，產(chǎn)生的電壓也很大。假如附近有大功率用電設備啟動(dòng)時(shí)，在地線(xiàn)中就會(huì )流過(guò)很強的電流，由于電路的不平衡性，設備間的連接線(xiàn)纜上電流不同，因此會(huì )產(chǎn)生差模電壓，對電路造成影響。

　　圖1 地環(huán)路干擾

　　2.2 公共阻抗干擾，如圖2，當兩電路共用一段地線(xiàn)時(shí)，一個(gè)電路的對地電位會(huì )受另一個(gè)電路電流的鉗制，鉗制影響是相互的，從而造成相互的干擾。

　　圖2 公共阻抗干擾

　　3 減小干擾的對策

　　我們研究的均是信號地，不同于設備外殼的安全接地，信號地流經(jīng)的往往是高頻信號，針對干擾成因，提出下列對策來(lái)減小或消除地線(xiàn)干擾。

　　3.1 使設備一端或整個(gè)接地斷開(kāi)，采取切斷地回路的方式，可以消除地環(huán)路電流，如圖3，但有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是安全考慮，往往不允許浮地，此時(shí)可考慮通過(guò)電感接地，這樣對于高頻電流有較強的抑制作用，對低頻信號干擾起到減弱作用。另一個(gè)問(wèn)題，設備浮地時(shí)設備對地存在寄生電容，在頻率較高時(shí)阻抗較低，對高頻干擾的抑制不明顯。

　　圖3 浮地結構

　　3.2 使用變壓器連接設備，如圖4，利用磁路切斷環(huán)路電流，但變壓器初次級間的寄生電容仍然能夠為高頻電流提供通路，因此需選用帶屏蔽層的變壓器，注意屏蔽層的接地端必須在接受電路的一端，否則不僅不能起到很好的隔離作用，還有可能對干擾進(jìn)行放大。

　　圖4 變壓器隔離

　　3.3 使用光隔離，如圖5，這可以說(shuō)是解決地環(huán)干擾的最理想辦法。光連接有兩種方法，一種是用光耦器件，另一種是用光纖連接，光耦的寄生電容一般為2pf，能夠在很高的頻率范圍內提供良好的隔離。光纖幾乎沒(méi)有寄生電容，但在安裝、維護、成本等方面不如光耦器件。

　　圖5 光電隔離

　　3.4 使用共模扼流圈，如圖6，相當于增加了地環(huán)路的阻抗，但要注意使用寄生電容較小的共模扼流圈，否則對高頻干擾的隔離效果不理想，共模扼流圈的匝數越多，則寄生電容越大，高頻隔離效果越差。

　　圖6 共模扼流圈

　　4 消除公共阻抗干擾

　　消除公共阻抗干擾的途徑有兩個(gè)，一個(gè)是減小公共地線(xiàn)部分的阻抗，另一個(gè)方法是采用適當的接地方式避免相互干擾。

　　4.1 減小阻抗，如前所述，減小阻抗就是減小地線(xiàn)的電感，其中包括使用扁平導體做地線(xiàn)，用多條相距較遠的并聯(lián)導體作地線(xiàn)等。

　　圖7 并聯(lián)接地

　　圖8 混合接地

　　4.2 通過(guò)適當接地方式避免公共阻抗的接地方法是并聯(lián)接地，如圖7，缺點(diǎn)是導線(xiàn)過(guò)多，因此在實(shí)際中，并不是所有電路都并聯(lián)單點(diǎn)接地，對于相互干擾較小的電路，可以采用串聯(lián)單點(diǎn)接地，可將信號按強弱分類(lèi)，在同類(lèi)電路中使用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類(lèi)型電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地，即混合接地方式，如圖8。

　　5 總結

　　地線(xiàn)造成干擾的現象在工程中屢見(jiàn)不鮮，但究其原因地線(xiàn)阻抗在高頻信號下的不可忽略性是根本原因，希望通過(guò)本文的介紹能幫助讀者在理解成因的基礎上靈活應用策略，解決地線(xiàn)干擾。