PCB地線的干擾與抑制

2．3 地環路電磁耦合干擾

圖1所示的“地線環路”將包圍一定的面積，根據電磁感應定律，如果這個環路所包圍的面積中有變化的磁場存在，就會在環路中產生感生電流，形成干擾。空間磁場的變化無處不在，于是包圍的面積越大干擾就越嚴重。

3 解決地線干擾的方法

3．1 解決地環路干擾

解決地環路干擾的基本思路有3個：一個是減小地線的阻抗，從而減小干擾電壓，但是這對第二種原因導致的地環路干擾沒有效果。第二個方法是改變接地結構，將一個機箱的地線連接到另一個機箱上，通過另一個機箱接地，這就是單點接地的概念。第三個是增加地環路的阻抗，從而減小地環路電流。當阻抗無限大時，實際是將地環路切斷，即消除了地環路。因此提出以下幾種解決地環路干擾的方案。

1)將一側的設備浮地

如果將一側電路浮地，就切斷了地環路，因此可以消除地環路電流。但有兩個問題需要注意，一個是出于安全的考慮，不允許電路浮地。這時可以考慮將設備通過一個電感接地。這樣對于50 Hz的交流電流設備接地阻抗很小，而對于頻率較高的干擾信號，設備接地阻抗較大，減小了地環路電流。但這樣做只能減小高頻干擾的地環路干擾。另一個問題是，盡管設備浮地，但設備與地之間還是有寄生電容，這個電容在頻率較高時會提供較低的阻抗，因此并不能有效地減小高頻地環路電流。

2)使用變壓器

解決地環路干擾的最基本方法是切斷地環路。用隔離變壓器就起到這個作用，兩個設備之間的信號傳輸通過磁場耦合進行，而避免了電氣直接連接。這時地線上的干擾電壓出現在變壓器的初次級之間，而不是在電路的輸入端。提高變壓器高頻隔離效果的一個辦法是在變壓器的初次級之間設置屏蔽層。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重。因此，變壓器要安裝在信號接收設備的一側。

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

3)使用光隔離元件

用光傳輸信號是解決地環路問題的理想方法。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，則沒有寄生電容的問題，能夠獲得十分完善的隔離效果。但是，用光纖會帶來其它問題，如：需要更大的功率、需要更多的外圍器件，光連接的線形和動態范圍都達不到模擬信號的要求、光纜的安裝和維護比較復雜等，使用時應注意。