简析在噪声抑制中的几种接地技术

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[摘要]噪声对音频系统的指标影响很大，接地技术的重要性越来越受到关注，接地是抑制噪声、提高可靠性的重要技术措施。良好的接地能够防护不期望的干扰和发射，本文简单介绍了几种接地方法。

[关键词]接地、噪声

中图分类号：S776.036 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0167-02

通常接地可分为两大类，一类是安全接地，另一类是信号接地。如果接地是通过一个低阻抗路径与大地相连，可以成为接大地。安全地通常与大地等电位，而信号地却不一定与大地等电位。在很多情况下，安全接地点并不适合用做信号接地点，因为这可能使噪声问题更加复杂。

一、安全接地

基于安全考虑，电子设备的机架或者外壳需要接地。在图1，在作图中，Z1是电位等于V1的点与机架之间的分布阻抗，Z2是机架与地之间的分布阻抗。所以机架的点位是由阻抗z1和Z2组成的分压器来决定的，即机架的点位可以表示为：

V机架=[Z2/（Z1+Z2）]V1

机架可能具有相对高的电位并具有产生电击的危险，还有可能产生绝缘击穿，这是因为他的电位是由分布阻抗的相对值决定的。但如果机架是接地的，这时的阻抗Z2变为0，所以机架的电位就等于0。

图1中右图显示了机架不接地的另一种情形，此种情况更危险：一个装有保险丝的交流电源线进入一个机壳。如果线缆某处的绝缘层击穿，使交流线与机架接触，机架将会具有传输与保险丝熔断电流相同电流的能力。任何机架和地同时接触的人体都相当于直接与交流电源线连接。如果机架接地，绝缘击穿将使大量的电流直接流人大地并使保险丝瞬间熔断，进而把机架上的电压断开。

二、信号接地

信号接地系统通常可以分为单点接地、多点接地、混合接地三类。

（一）单点接地系统

考虑到噪声问题，最不期望的单点接地系统是如图2所示的公共接地系统，图中所有单个电路的地串联连接在一起。所示的电阻表示接地导体的阻抗，I1，I2，I3分别是电路1，2，3的地电流。根据图2，A点的电位并不等于0，而是：

VA=（I1+I2+I3）R1

而c点的电位是：

VC=（I1+I2+I3）R1+（I2+I3）R2+I3 R3

尽管这个电路是最不期望的单点接地系统，但是由于它的简易，它的应用也很广泛，对于要求不高的电路，它还是非常合适的。但是，这个接地系统不宜使用在电源功率有很大差异的电路之间，这是因为高功率电路产生的大地电流IA对低功率电路产生很大的影响。

图3中所示的分离接地系统（并联连接）是低频应用最期望试用的接地方式，那是因为来自不同电路的地电流之间没有交叉耦合。A点与C点电位可以表示为：

VA=I1R1

VC=I3R3

任何一个电路的地电位只受这个电路的地电流和它地线自身阻抗的影响。但是，在一个大型系统中会需要大量的接地线，这种接地系统显得非常的笨重。

高频时，单点接地系统有它固有的局限性：接地导体的电感使接地阻抗增大。在更高的频率上，如果底线的长度等于14波长的奇数倍，地线的阻抗就会非常高。这些接地线不仅仅有很大的阻抗，而且还能类似于天线而辐射噪声。因此，接地导线应始终保持短于120波长，以维持低阻抗和防止辐射。一般在高频时不使用单点接地。

（二）多点接地系统

多点接地系统通常用在高频和数字电路中以尽量减少地阻抗。在这个系统中，如图4所示，所有电路被连接到最近的低阻抗地平面（通常是机架），这个较低的地阻抗主要由地平面的低电感决定。设计时，尽可能的缩短每个电路与地平面问的连接以减少它们的阻抗。

在频率非常高的电路中，这些地导线的长度应保持在lin的一小部分。在低频时则应当避免使用多点接地，因为来自每一个电路的地电流都会流经公共地阻抗地平面。高频时，通过表明镀银能够降低地平面的公共阻抗；而增加地平面厚度对其高频阻抗并没有什么影响，这是因为趋附效应的缘故，电流只在导体的表面上流动（如图4）。

正常情况下，当频率低于1MHZ时，单点接地系统是更可取的；当频率在10MHZ以上是，则多点接地系统是最佳选择；而频率在1MHZ-10MHzZ间是，通常采用单点接地，最长接地导线的长度要小于120波长，如长于120波长，应采用多点接地系统。

（三）混合接地

在不同频率上，系统接地的配置也有所不同，图5给出了一种典型的通用混合接地系统。在低频时，它相当于单点接地；而在高频时，是多点接地（如图5）。

图6中所示的是混合接地的另一种连接类型。通常，这种混合接地应用在以下的情况：为了保证安全性，当几个机架必须被接地到电源系统中的绿色连接点，但同时又需要为电路提供一个单点信号地。在工频条件下，图中的扼流圈为电路提供了低阻抗安全地；高频时，则提供电路与地的隔离。

三、硬件地

（如图7）通常，任何大型系统的电路都要安装在机架上或者机箱里面。为了安全考虑，这些机架和机箱都必须接地。图7就是一个典型系统。系统的面板上装有很多的电子设备，而面板又被安装在两个中继机架上。左侧的1号机架显示的是正确的地连接，面板用金属带连接到机架上以提供良好的接地，机架则用金属带连接到主电源上，电路的地没有与底盘或机架相接触。若采用这种方式，机架上的噪声电流不可能通过电路的地而回流到电路的地上。因而，应使这个分布电容尽可能小。右侧的2号机架则显示了一个不正确的安装。图中的电路地被连接到机架地上。此时，机架上的噪声电流能够回流到电子设备的地上，于是在点1，2，3，4与点1之间形成了一个地环路。如果无法为机架或底盘提供一个良好的地连接，最好去掉有问题的地，然后通过其他一些方式为机架或底盘提供一个明确的地，或者说确保根本没有接地。不要依赖于滑动的抽屉等，它们是不可能提供可靠的地连接的。而当接地有问题的时候，对于不同的系统或不同的时间，它的性能可能是不相同的，而是取决于实际的接地情况。紧密接触（定位焊接、铜焊、或锡焊）连接的硬件地要优于那些通过螺丝和螺钉连接的地。如果因为接地而连接不同种类的金属时，必须采取措施防止电化腐蚀，并确保电化电压不会带来麻烦。

结束语：

接地设计应根据实际情况选用不同的方法。不论采用何种接地方式，目的就是“零”阻抗，这样可完全避免干扰的引入。因此，在不同类型的电路中，针对其电路的特点，正确的选择一点接地和多点接地，在必要的情况下，也可采用混合接地方式。