【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)計中，通過適當(dāng)接地方法，規(guī)避地線干擾。
《鐵路信號設(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，重點介紹電氣電子設(shè)備接地點與接地方式選擇、增加地環(huán)路阻抗、降低接地阻抗等方法，來消除公共阻抗耦合、地環(huán)路等地線干擾，實現(xiàn)電氣電子設(shè)備良好的電磁兼容。最后，針對鐵路現(xiàn)場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)用于某鐵路信號設(shè)備的電磁兼容設(shè)計中。
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，均不會構(gòu)成電磁兼容問題。對于電磁兼容問題來說，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)備電磁兼容問題的難點與關(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空間傳播到敏感設(shè)備的干擾，主要分為電場（電容）耦合、磁場（電感）耦合、電磁場（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。
3.1 地線干擾耦合機(jī)理
信號地線是各種物理量的傳感器、信號、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，而金屬接地兩點之間總存在一定的阻抗，因而產(chǎn)生接地干擾電壓。 可見接地電流的存在是產(chǎn)生接地干擾的根源。
由于信號一般都較弱，易受干擾，因此在電磁兼容設(shè)計中，對信號地的要求較高。地線干擾形成機(jī)理如下圖所示：
圖 4 單根信號線的地環(huán)路干擾
假設(shè)在信號線注入共模電流Si，首先會對第一部分電路IC1的輸入信號產(chǎn)生干擾，如果在IC1的輸入端加了濾波電容C(如果沒有C，干擾就可能直接影響IC1)，則Si干擾信號大部分被C濾除或旁路，然后大部分會沿著PCB的地阻抗從一端流向地層的另一端，后一級的干擾將會在干擾電流流過系統(tǒng)時產(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傳遞的信號電壓。
當(dāng)共模干擾電流流過地阻抗Z0V時，Z0V的兩端就會產(chǎn)生壓降，如下式所示：
該壓降對集成電路IC2來說相當(dāng)于在ICI的傳遞信號上疊加一個干擾信號。
3.2 地線干擾的特性
按照干擾信號對于電路作用的形態(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線及其信號地回路之間，干擾電流回路則是在導(dǎo)線構(gòu)成的回路中流動，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線及其信號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，如下圖所示：
圖 6共模干擾電壓與電流示意圖
下頁內(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)兩個以上不同電路的電流流過公共阻抗時，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都流過公共阻抗，就電路2來說，它的地電壓被流動在共地阻抗的地電流1所調(diào)制，因此，一些噪聲信號從電路1中通過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的干擾現(xiàn)象，常常發(fā)生在通過較長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)電流流過地線上時將產(chǎn)生電壓，當(dāng)電流很大時，這個電壓可以很大。
譬如軌道交通附近有大功率的電動機(jī)車通過時，會在地線中流過很強(qiáng)的電流，這個電流可在兩個設(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，因此會產(chǎn)生差模電壓 ，對電路造成影響。
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在感應(yīng)出來。本文下一章明天刊出，敬請期待。
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