地线的干扰与抑制 ——地线的干扰与抑制

　　1 地线干扰成因

　　导线的阻抗是电阻和电抗之和，电抗与频率有关，当电流频率f=0时，阻抗等于电阻，频率较高时阻抗基本由感抗决定。由于地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上形成电位差，使信号传输出现偏差，这就是地线干扰。

　　2 地线干扰形式

　　地线干扰的形式主要有地环路干扰和共阻抗干扰两种。

　　2.1 地环路干扰，如图1所示，电路分别接地，由于地线阻抗的存在，当电流较大时，产生的电压也很大。假如附近有大功率用电设备启动时，在地线中就会流过很强的电流，由于电路的不平衡性，设备间的连接线缆上电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。

　　图1 地环路干扰

　　2.2 公共阻抗干扰，如图2，当两电路共用一段地线时，一个电路的对地电位会受另一个电路电流的钳制，钳制影响是相互的，从而造成相互的干扰。

　　图2 公共阻抗干扰

　　3 减小干扰的对策

　　我们研究的均是信号地，不同于设备外壳的安全接地，信号地流经的往往是高频信号，针对干扰成因，提出下列对策来减小或消除地线干扰。

　　3.1 使设备一端或整个接地断开，采取切断地回路的方式，可以消除地环路电流，如图3，但有两个问题，一个是安全考虑，往往不允许浮地，此时可考虑通过电感接地，这样对于高频电流有较强的抑制作用，对低频信号干扰起到减弱作用。另一个问题，设备浮地时设备对地存在寄生电容，在频率较高时阻抗较低，对高频干扰的抑制不明显。

　　图3 浮地结构

　　3.2 使用变压器连接设备，如图4，利用磁路切断环路电流，但变压器初次级间的寄生电容仍然能够为高频电流提供通路，因此需选用带屏蔽层的变压器，注意屏蔽层的接地端必须在接受电路的一端，否则不仅不能起到很好的隔离作用，还有可能对干扰进行放大。

　　图4 变压器隔离

　　3.3 使用光隔离，如图5，这可以说是解决地环干扰的最理想办法。光连接有两种方法，一种是用光耦器件，另一种是用光纤连接，光耦的寄生电容一般为2pf，能够在很高的频率范围内提供良好的隔离。光纤几乎没有寄生电容，但在安装、维护、成本等方面不如光耦器件。

　　图5 光电隔离

　　3.4 使用共模扼流圈，如图6，相当于增加了地环路的阻抗，但要注意使用寄生电容较小的共模扼流圈，否则对高频干扰的隔离效果不理想，共模扼流圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离效果越差。

　　图6 共模扼流圈

　　4 消除公共阻抗干扰

　　消除公共阻抗干扰的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，另一个方法是采用适当的接地方式避免相互干扰。

　　4.1 减小阻抗，如前所述，减小阻抗就是减小地线的电感，其中包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体作地线等。

　　图7 并联接地

　　图8 混合接地

　　4.2 通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联接地，如图7，缺点是导线过多，因此在实际中，并不是所有电路都并联单点接地，对于相互干扰较小的电路，可以采用串联单点接地，可将信号按强弱分类，在同类电路中使用串联单点接地，不同类型电路采用并联单点接地，即混合接地方式，如图8。

　　5 总结

　　地线造成干扰的现象在工程中屡见不鲜，但究其原因地线阻抗在高频信号下的不可忽略性是根本原因，希望通过本文的介绍能帮助读者在理解成因的基础上灵活应用策略，解决地线干扰。