功率电感：PCB地线的干扰与抑制分析（二）

　　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，当几个电电感器工厂路共用一段地线时，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，这种耦合称为公共阻抗耦合。

　　解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用单点接地，彻底消除公共阻抗图2的例子说明了一种干扰现象。图2是一个有四个门电路组成的简单电路。假设门1的输出电平由高变为低，这时电路中的寄生电容（有时门2的输入端有滤波电容）会通过门1向地线放电，由于地线的阻抗，放电电流会在地线上产生尖峰电压，如果这时门3的输出是低电平，则这个尖峰电压就会传到门3的输出端，门4的输入端，如果这个尖峰电压的幅度超过门4的噪声门限，就会造成门4的误动作。

　　2．3 地环路电磁耦合干扰

　　图1所示的“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。

　3 解决地线干扰的方法

　　3．1 解决地环路干扰

　　解决地环路干扰的基本思路有3个：一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压，但是这对第二种原因导致的地环路干扰没有效果。第二个方法是改变接地结构，将一个机箱的地线连接到另一个机箱上，通过另一个机箱接地，这就是单点接地的概念。第三个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。因此提出以下几种解决地环路干扰的方案。

　　1）将一侧的设备浮地

　　如果将一侧电路浮地，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，不允许电路浮地。这时可以考虑将设备通过一个功率电感接地。这样对于50 Hz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。

　　2）使用变压器

　　解决地环路干扰的最基本方法是切断地环路。用隔离变压器就起到这个作用，两个设备之间的信号传输通过磁场耦合进行，而避免了电气直接连接。这时地线上的干扰电压出现在变压器的初次级之间，而不是在电路的输入端。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。

　　变压器隔离的方法有一些缺点，不能传输直流，体积大，成本高。由于变压器的初次级之间有寄生电容，因此高频时的隔离效果不是很好。

　　3）使用插件电感生产厂光隔离元件

　　用贴片电感器生产厂光传输信号是解决地环路问题的理想方法。如图3所示，光耦器件的寄生电容为2 pF左右，因此能够在很高的频率起到隔离作用。如果使用光纤，则没有寄生电容的问题，能够获得十分完善的隔离效果。但是，用光纤会带来其它问题，如：需要更大的功率、需要更多的外围器件，光连接的线形和动态范围都达不到模拟信号的要求、光缆的安装和维护比较复杂等，使用时应注意。

　　4）使用共模扼流圈

　　地线电压实际是一种共模电压，在这个电压的驱动下，电缆中流过的电流是共模电流。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。 1

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