公共阻抗耦合噪声的抑制方法! 刘秋霞，等 公共阻抗耦合噪声的抑制方法 !"# $%&&’#(()*+ ,#-"*.( */ 0*)(# 12%(#. 34 1*55*+ 65&#.2+7# 1*%&8)+9 刘秋霞! 赵建平! 刘! 萌! 郝玲艳 （ 曲阜师范大学物理工程学院，曲阜! "&(’$+） 摘! 要：噪声对工业设备以及自动化系统的安全性、可靠性、稳定性等许多方面都有着严重的影响。在分析噪声的基础上，较全面地 介绍了公共阻抗耦合的噪声及其危害，讨论分析了抑制该噪声的方法。实验表明一点接地、多点接地、减小公共阻抗可以有效地抑制 这种噪声，一点接地法适用于低频电路，多点接地法适用于高频电路。 关键词：公共阻抗耦合! 噪声! 接地! 阻抗 中图分类号：,-)&(. " / ’! ’()*+,-*：-1234 345216378 9::4;<3 1= >9=8 93?4;<3 1: <@4 2=A63<5297 4B62?>4=< 9=A 96<1>9<21= 383<4>3，36;@ 93 34;652<8，54729C272<8，3<9C272<8， 4<;. D= <@4 C9323 1: 9=978323 1: =1234，<@4 =1234 ;9634A C8 ;1>>1= 2>?4A9=;4 ;16?72=E 9=A 2<3 @95>:67=433 954 2=<51A6;4A ;1>?54@4=32F478. ,@4 36??543321= >4<@1A3 954 A23;6334A 9=A 9=978G4A. ,@4 4H?452>4=<3 3@1I <@9< 1=4 ?12=< E516=A2=E，>67<2J?12=< E516=A2=E，9=A 54A6;2=E ;1>>1= 2>?4A9=;4 954 634:67 <1 36??5433 36;@ =1234. D=4 ?12=< E516=A2=E 23 362<9C74 :15 71I :54B64=;8 ;25;62<3，I@274 >67<2J?12=< E516=A2=E 23 ! 文献标志码：0 ! ! 362<9C74 :15 @2E@ :54B64=;8 ;25;62<3. ./012+3)：K16?72=E 1: ;1>>1= 2>?4A9=;4! -1234! L516=A2=E! M>?4A9=;4 %! 引言 随着电子系统内设备数量的逐渐增多，噪声的干 扰将越来越严重，噪声是无处不在的，总与信号共存。 公共阻抗耦合是产生噪声的一个重要因素，公共阻抗 耦合的噪声对电路性能有很大的影响，如波形失真、放 大器性能不好等都与公共阻抗耦合的噪声有着密切的 关系。抑制公共阻抗耦合噪声的方法有很多种，正确 的抑制措施是有利于设计、分析、测量电路，保证电路 正常工作，抑制干扰，减小误差，从而减小不必要损失 的关键，所以，正确掌握抑制公共阻抗耦合噪声的方法 在改善系统的性能、提高仪器的灵敏度、信号检测等方 面都有非常重要的意义。 #$ 公共阻抗耦合的噪声 公共阻抗耦合［’］是指噪声源回路和受干扰回路之 间存在着一个公共阻抗，噪声电流通过这个公共阻抗 所产生的噪声电压，传导给受干扰的回路。通过公共 阻抗耦合的方式所产生的噪声，称为公共阻抗耦合的 噪声。 ! 修改稿收到日期："##$ % #& % ’(。 ! 第一作者刘秋霞，女，’)*# 年生，现为曲阜师范大学物理工程学院 物理电子学专业在读硕士研究生；主要研究方向为电能信息自动采集与 管理系统的设计。 《 自动化仪表》第 !" 卷第 # 期$ !%%& 年 # 月 ! 公共阻抗耦合可用图 ’ 所示的等效电路来说明。 ! ’ N回路、" N回路和 ( N 回路有一个公共阻抗 !，( N 回路作 ， 在 ! 上产生噪声电压 !"( 为噪声源回路，噪声电流 "( 从而影响了 ’ N回路和 " N回路。 图 ’! 等效电路 O2E. ’! PB62F974=< ;25;62< 、!" 、!" 如图 " 所示的电路，# Q ($ R，!’ Q !" Q ’" !，! Q " !，!( 可变。当 !( Q ’" ! 时，总电路的电阻为：!$ Q 上 流 过 的 电 流 为 " S。当 $ !，总电流为 $ S，!’ !( Q ( !时，可计算 !’ 上流过的电流为 ’. + S。这 说明电路 ( 的负载变化或电流变化，会给 ’ N 回路、" N 回 路产生很大的影响，使流经 !’ 的电流从 " S 变为 ’. + S。这种变化的原因是三个回路有一个公共阻抗 !，( N回路的变化被带给了 ’ N 回路和 " N 回路。如果 ( N 回路是噪声 源，则 ’ N 回 路 和 " N 回 路 就 受 到 噪 声 的 干 扰。 、!" 公共阻抗会使电路受到噪声的严重干扰，若忽视 了公共阻抗的存在，电路有可能不能正常工作，可能使 抗干扰的措施成为干扰的原因，从而导致意想不到的 结果。因此消除公共阻抗耦合的噪声是十分重要的， )T 

公共阻抗耦合噪声的抑制方法" 刘秋霞，等 图 !" 公共阻抗耦合举例说明 #$%& !" ’(()*+,-+$./ .0 +12 3.44./ $4526-/32 3.)5($/% 应给予足够的重视。 把模拟电路和数字电路焊接在同一块电路板上；采用 一点接地法，将各接地点分别各自接地，这样使负载电 流、继电器电流互不影响的流向接地点，所以它们应各 自独立地接地，机内布线完全是四个系统，只有在电源 供电处才一点相接。这样，既保证四个地线系统有统 一的地电位，又可避免地线形成公共阻抗，从而消除了 由公共阻抗耦合所产生的噪声，消除了公共阻抗耦合 的噪声对输入信号、输出信号的影响，清除了使信号放 1< 抑制公共阻抗耦合噪声的措施 大所产生的误差。 清除公共阻抗耦合噪声的方法［7］主要有两个：一 个是采取接地法；另一个是尽可能降低公共阻抗。所 谓接地就是将某点与一个等电位点或等电位面用低电 阻导线连接起来，构成一共基准电位。接地［! 8 9］可以 统一各部件的基本电位，为外部进入系统的信号提供 一个参考，从而避免了由于各部件间电位不统一而引 起的相互干扰，接地可使从电源进入的高频干扰大大 削减，为伤害电流提供一条通路，利用接地可以节省一 条信号传输线。接地方式包括就近统一接地线法、一 点接地法、多点接地法、浮点接地法。在抑制公共阻抗 耦合所产生的噪声中，我们采取一点接地法、多点接地 法。 10 3< 一点接地法 、! $ ，! # ; % # < & # 一点接 地 法［ 7 ，9 8 : ］，就 是 把 各 回 路 的 接 地 线 集 中于一点接地，如图 9 所 示。它 们 各 自 对 地 的 电 位 ，! $ ; % $ < 、! # ! " ，各自的电 位 只 与 自 身 的 接 地 电 阻 和 地 电 流（ & " 、 & $ ）相关，它们互不干扰，并且不受其它电路电流 、& $ & # 的影响。 满足：! " ; % " < & " 图 9" 一点接地法 #$%& 9" =/2 5.$/+ %,.)/6$/% 在小信号模拟电路、数字电路和大功率驱动电路 等混杂的场 合，应 采 用 如 图 : 大信号地线供功率较大的放大器用，由于流过的电流 ［7］所 示 的 一 点 接 地 法。 大，产生的噪声也大；小信号放大电路电压增益高，并 且极易受到干扰，所以应该远离大信号电路；数字电路 产生的干扰也不容忽视，在门电路开关的瞬间，就能产 生较大的电源尖峰电流（ 该尖峰电流是正常工作电流 的 7> 倍以上），造成严重干扰，为避免模拟信号和数字 信号之间的公共阻抗耦合干扰，在通常情况下，一般不 此外，整个接地通道中不存在环回路，避免了因外 界磁力线掠过地环路而产生的地环电流干扰，大大改 善了电路的性能。 图 :" 一点接地法举例 #$%& :" ?@-45(2 .0 ./2 5.$/+ %,-/6$/% 此种接地，引线较长，常会带来较大的布线电容和 电感，对排除空间外来干扰不利，在高频工作时，尤为 严重，随着信号频率的增加，可能会出现电磁辐射，将 干扰信号辐射到外面的电器设备，因此不适用于高频。 在低噪声电路中，图 9 是消除公共阻抗耦合噪声较好 的方法。一点 接 地 法 只 用 于 7 ABC 以 下 的 情 况，在 7 8 7> ABC之间，如果采用一点接地，其地线长度不得 超过波长的 7 D !>。 10 1< 多点接地法 多点接地 法［7，9 8 :］，就 是 所 有 地 线 都 就 近 各 自 接 地，如图 E 所示。在多点接地时，地线常用导线条联成 网（ 或一块金属网板），各电路单元分别以最短的连线 接地，以降低接地阻抗。 图 E" 多点接地法 #$%& E" A)(+$F5.$/+ %,.)/6$/% 低噪声放大器的电路如图 G 所示。在此电路中， 各回路分别就近各自接地，避免了公共阻抗的存在，消 除了过大的冲击电流或变化激烈的电流流经地线，流 >E !"#$%&& ’()#*’)+#, +,&)"(*%,)’)+#, -./0 12 ,.0 3 4567589 1::; 

*+, 设备数据采集系统的设计与实现! 王改华，等 经旁路电容的剧烈变化电流中的高频成分将被抑制 感成分是产生噪声电压的主要因素，所以在布线和设 掉，电源电压的波动和瞬时变化也被抑制。多点接地 计印刷线路板时，要尽量降低作为公共阻抗的导线或 法不但使放大器本身产生极小的噪声，而且使放大器 印刷线所含的电感量。对于地线可选用尽可能粗的导 对噪声有 了 良 好 的 抑 制 能 力，大 大 降 低 了 系 统 的 噪 声。! 线，有条件时可采用电感量很小的铜板条；印刷线路的 地线也要尽量做到短而粗，必要时可用大面积的铜箔 作为地线来降低其阻抗。 ($ 结束语 在不同类型的电路中，应针对其电路的特点，采取 相应的抗干扰措施，将噪声对电路的影响降低到最低 限度。在选择抑制公共阻抗耦合噪声的措施 时应注 意［8］以下几点： 要根据系统或电 路 的 工 作 频 率，正 确 地 选 择 一 点接地和 多 点 接 地。 一 点 接 地 法 适 合 在 低 频 条 件 下工作；当频率高于 34 567 时，要采用就近 多 点 接 地法；当频率 在 3 9 34 567 时，如 果 采 用 一 点 接 地 法，其地线长度 不 应 超 过 波 长 的 3 : ;4 ，否 则 要 采 用 多点 接 地 法，相 邻 接 地 点 的 距 离 应 小 于 波 长 的 4 & 3< 倍。 图 "! 低噪声放大器 #$%& "! ’() *($+, -./0$1$,2 此种接地方式可有效地防止因地线电感及电容引 起的干扰，但由于接地点间存在电位差，会造成共模噪 声较大，不适合于低频工作，适用于 34 567 以上的方 式。在多点 接 地 方 式 的 多 级 电 路 中，必 须 注 意 正 确 排列各单元电路的接地顺序，其原则是应保证地线电 流由小信号单元流向大信号单元，否则，就会引起干 合理的选 择 导 线 和 印 刷 线，以 降 低 公 共 阻 抗。 扰。 !’ ($ 减小公共阻抗中的电感成分 电路板上既 有 高 速 逻 辑 电 路，又 有 线 性 电 路 时，应 使它们尽 量 分 开。 负 载 地 线 和 交 流 地 线 上 都 有 很 尽可能降低公共阻抗，这样公共地线上的电压也 大的电流通过，这些大电流 地 线 应 与 信 号 地 线 分 开 随之减小，从而控制公共阻抗耦合的噪声。公共阻抗 设置，同时大 电 流 地 线 应 粗 些，通 常 采 用 汇 流 排 或 除了电阻外，还包含有容抗和感抗。由于噪声往往具 粗导线。 有很高的频率成分，所以，对于公共阻抗就不应单纯地 参考文献 只看到它的电阻成分。常用的电线、印刷板上的印刷 3! 诸邦田主编& 电子线路抗干扰技术手册［ 5］& 北京：北京科学技 线，在高频时其等效电路是由电阻和电感串联而成的， 术出版社，3=>>：3= ? ;8& 频率越高，感抗成分占整个阻抗的比例就越大，导线、 印刷线电感的计算公式和图像可参见文献［3］。在电路 中电感产生的噪声电压要远远大于电阻成分所产生的 噪声电压。 ;! 黄振利，李! 珍& @AB 系统工作接地保护装置的技术改良［ C］& 自 动化仪表，;448，;<（34）：<=& D! 林理忠，宋! 敏主编& 微弱信号检测学导论［ 5］& 北京：中国计量 出版社，3=="："< ? "E& 8! 瞿! 曌，刘文严，邓新中& 接地抗干扰技术的讨论［ C］& 自动化仪 无论是导线还是印刷线，其形成的公共阻抗中，电 表，;44D，;8（;）：3" ? 3>& （ 上接第 )" 页） )$ 结束语 较好的效果。 参考文献 3! 高钦和& 可编程控制器应用技术与设计［ 5］& 北京：人民邮电出 通过采用基于人的经验而形成的模糊规则来自 版社，;448& 动控制供水 的 压 力，解 决 了 由 于 供 水 系 统 存 在 的 严 重的非线性、大滞后而产生的水压波动；采用频率限 制和压力补 偿 控 制 水 泵 始 终 工 作 在 高 效 范 围，配 置 小流量泵实 现 夜 间 供 水，从 而 有 效 地 解 决 目 前 变 频 恒压供水中 存 在 的 问 题。该 方 案 通 过 验 证，取 得 了 ;! 章卫国，杨向忠& 模糊控制理论与应用［ 5］& 西安：西北工业大学 出版社，3===& D! 吕国芳，刘希涛& 基于 F’A 的 FG@ 控制算法在恒压供水系统中的 应用［ C］& 自动化仪表，;44<，;"（>）：<; ?