【導(dǎo)讀】本文是電子元件技術(shù)網(wǎng)網(wǎng)友原創(chuàng)博文《鐵路信號(hào)設(shè)備地線干擾抑制方法的研究》系列第二章，闡述了地線干擾形成的機(jī)理，在PCB設(shè)計(jì)中，通過(guò)適當(dāng)接地方法，規(guī)避地線干擾。
《鐵路信號(hào)設(shè)備地線干擾抑制方法的研究》全文從電氣電子設(shè)備接地重要性與地線干擾形成機(jī)理入手，重點(diǎn)介紹電氣電子設(shè)備接地點(diǎn)與接地方式選擇、增加地環(huán)路阻抗、降低接地阻抗等方法，來(lái)消除公共阻抗耦合、地環(huán)路等地線干擾，實(shí)現(xiàn)電氣電子設(shè)備良好的電磁兼容。最后，針對(duì)鐵路現(xiàn)場(chǎng)電磁騷擾源特性與耦合方式，成功地將地線干擾抑制方法應(yīng)用于某鐵路信號(hào)設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)中。
全文第一章為：EMC接地的概念與分類
3 地線干擾形成機(jī)理
電氣電子設(shè)備電磁兼容問(wèn)題，主要由電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備三要素組成，缺少其中任何要素，均不會(huì)構(gòu)成電磁兼容問(wèn)題。對(duì)于電磁兼容問(wèn)題來(lái)說(shuō)，弄清了電磁干擾的耦合途徑，就可以采用屏蔽、濾波、接地、瞬態(tài)抑制的措施，切斷其傳播途徑，提高電子設(shè)備的抗干擾能力或抑制其電磁騷擾。因此，電磁干擾耦合途徑的研究是解決電子設(shè)備電磁兼容問(wèn)題的難點(diǎn)與關(guān)鍵。
電磁兼容耦合途徑主要分為傳導(dǎo)耦合、輻射耦合。
輻射干擾耦合是指干擾源通過(guò)空間傳播到敏感設(shè)備的干擾，主要分為電場(chǎng)（電容）耦合、磁場(chǎng)（電感）耦合、電磁場(chǎng)（天線）耦合。
所謂傳導(dǎo)干擾是以傳導(dǎo)耦合為主要傳播方式的電磁干擾，是騷擾源與敏感設(shè)備之間最主要的耦合途徑或方式。傳導(dǎo)耦合要求在騷擾源與敏感設(shè)備之間有完整的電路連接。
其耦合途徑有三種：公共電源、公共地回路、互連導(dǎo)線。其中，通過(guò)以公共地回路進(jìn)行傳導(dǎo)耦合的干擾，即地線干擾，最為復(fù)雜、最以難處理，也最為常見(jiàn)。
3.1 地線干擾耦合機(jī)理
信號(hào)地線是各種物理量的傳感器、信號(hào)、通信互連設(shè)備的零電位公共基準(zhǔn)地線。電子設(shè)備一般采用具有一定面積的銅皮面作為接地面，由于各種原因在接地面上總有接地電流通過(guò)，而金屬接地兩點(diǎn)之間總存在一定的阻抗，因而產(chǎn)生接地干擾電壓。 可見(jiàn)接地電流的存在是產(chǎn)生接地干擾的根源。
由于信號(hào)一般都較弱，易受干擾，因此在電磁兼容設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)地的要求較高。地線干擾形成機(jī)理如下圖所示：
圖 4 單根信號(hào)線的地環(huán)路干擾
假設(shè)在信號(hào)線注入共模電流Si，首先會(huì)對(duì)第一部分電路IC1的輸入信號(hào)產(chǎn)生干擾，如果在IC1的輸入端加了濾波電容C(如果沒(méi)有C，干擾就可能直接影響IC1)，則Si干擾信號(hào)大部分被C濾除或旁路，然后大部分會(huì)沿著PCB的地阻抗從一端流向地層的另一端，后一級(jí)的干擾將會(huì)在干擾電流流過(guò)系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生。
圖中Z0V表示PCB中兩部分電路之間的地阻抗， 表示集成電路ICI向集成電路IC2傳遞的信號(hào)電壓。
當(dāng)共模干擾電流流過(guò)地阻抗Z0V時(shí)，Z0V的兩端就會(huì)產(chǎn)生壓降，如下式所示：
該壓降對(duì)集成電路IC2來(lái)說(shuō)相當(dāng)于在ICI的傳遞信號(hào)上疊加一個(gè)干擾信號(hào)。
3.2 地線干擾的特性
按照干擾信號(hào)對(duì)于電路作用的形態(tài)不同，可將傳導(dǎo)干擾分為“共模干擾”和“差模干擾”。“差模干擾”是指的干擾電壓存在于信號(hào)線及其信號(hào)地回路之間，干擾電流回路則是在導(dǎo)線構(gòu)成的回路中流動(dòng)，如下圖所示：
圖 5 差模干擾電壓與電流示意圖
共模干擾指的是干擾電壓在信號(hào)線及其信號(hào)地回路上的幅度相同，這里的電壓以附近的大地、金屬機(jī)箱、參考地線板等為參考電位，干擾電流回路則是在導(dǎo)線與參考物體構(gòu)成的回路中流動(dòng)，如下圖所示：
圖 6共模干擾電壓與電流示意圖
下頁(yè)內(nèi)容：公共阻抗耦合的地線干擾和地環(huán)路干擾
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3.3 公共阻抗耦合的地線干擾
當(dāng)兩個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)，就出現(xiàn)共阻抗耦合。在電源線和地線上傳播的騷擾電流，通常都是通過(guò)共阻抗耦合方式進(jìn)入敏感電路中。
如下圖所示，地電流1和地電流2都流過(guò)公共阻抗，就電路2來(lái)說(shuō)，它的地電壓被流動(dòng)在共地阻抗的地電流1所調(diào)制，因此，一些噪聲信號(hào)從電路1中通過(guò)共地阻抗耦合到電路2中。
圖 7 公共阻抗耦合
3.4 地環(huán)路干擾
地環(huán)路干擾是一種較常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象，常常發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是設(shè)備之間的地線電位差。地線電壓導(dǎo)致了地環(huán)路電流，由于電路的非平衡性，地環(huán)路電流將導(dǎo)致對(duì)電路造成影響的差模干擾電壓產(chǎn)生。
地環(huán)路干擾如下圖所示：
圖 8 地環(huán)路干擾
由于地線阻抗的存在，當(dāng)電流流過(guò)地線上時(shí)將產(chǎn)生電壓，當(dāng)電流很大時(shí)，這個(gè)電壓可以很大。
譬如軌道交通附近有大功率的電動(dòng)機(jī)車通過(guò)時(shí)，會(huì)在地線中流過(guò)很強(qiáng)的電流，這個(gè)電流可在兩個(gè)設(shè)備的連接電纜上產(chǎn)生電流。由于電路的不平衡性，每根導(dǎo)線上的電流 、 不同，因此會(huì)產(chǎn)生差模電壓 ，對(duì)電路造成影響。
由于這種干擾是由電纜與地線構(gòu)成的環(huán)路電流產(chǎn)生的，因此稱為地環(huán)路干擾。此外，地環(huán)路中的電流還可以由外界電磁場(chǎng)在感應(yīng)出來(lái)。本文下一章明天刊出，敬請(qǐng)期待。
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