隨著電子系統內設備數量的逐步增加,噪聲的幹擾將越來越嚴重,噪聲是無處不在的,總與信號共存。公共阻抗耦合是產生噪聲的一個重要要素,公共阻抗耦合的噪聲對電路性能有很大的影響,如波形失真、放大器性能不好等都與公共阻抗耦合的噪聲有著親密的關係。
公共阻抗耦合是指噪聲源迴路和受幹擾迴路之間存在著一個公共阻抗,噪聲電流經過這個公共阻抗所產生的噪聲電壓,傳導給受幹擾的迴路。經過公共阻抗耦合的方式所產生的噪聲,稱為公共阻抗耦合的噪聲。在數字電路中,由於信號的頻率較高,地線常常呈現較大的阻抗。這時,假如存在不同的電路共用一段地線,就可能呈現公共阻抗耦合的問題。以下將用詳細案例停止闡明。
1.問題描繪
某產品在測試RE時超標嚴重,由於該產品是全金屬屏蔽設計,因而其發射途徑很容易鎖定。主要包括輸入電源線、輸出負載線,RS485通訊線。經過運用耦合夾分別對三個途徑的幹擾量停止測試,最終肯定RS485通訊線輻射較大,頻譜測試結果如下:
2.緣由剖析
依照以往的經歷,通訊線自身的輻射發射普通不會很高,呈現最多的普通為耦合、地線串擾等緣由。因而針對該PCB板規劃及走線方式停止排查剖析,如下圖:
在該電路設計中RS485通訊口在PCB上只是一個轉接作用,按道理不應該引入噪聲。經過察看PCB規劃能夠發現,RS485埠由電阻、氣體放電管、TVS管組成了一個浪湧、ESD防護電路,然後經過固定螺釘孔接PE(機殼)。同時發現接在該點PE的還有另外一路,即上方輔助電源Y電容的PE,因而輔助電源的噪聲可能經過浪湧防護電路竄入通訊線招致輻射發射。
3.原理剖析
從上圖中能夠看分明根本的銜接狀況,即輔助電源輸入線的Y電容所銜接的PE線與TVS管、氣體放電管的PE相銜接後最後才銜接到PCB板的接地孔。實踐上兩者存在著一段共地線,這就有發作共阻抗耦合的可能性。由於PE線走線較長,且在PE線銜接中存在過孔等狀況,因而上面的電路能夠等效為如下狀況:
其中Z1~Z3為PE線、過孔所產生的阻抗,Z4/Z5為氣體放電管、TVS管的等效阻抗。依照理想狀態,電源的噪聲應該沿著I1方向流入PE接地點,即I=I1;噪聲電流全部經過Y電容回流到PE。但是由於Z1~Z3的存在,產生共阻抗耦合,局部噪聲電流沿著I2~I4方向活動。而且在高頻狀態下氣體放電管、TVS管的阻抗也急劇降落,加劇了這種耦合。此時I2~I4不能疏忽,這樣噪聲電流直接耦合到RS485通訊線上,由於通訊線都比擬長,加劇了輻射發射,因而對RE的測試結果產生很大的影響。
4.結果考證
考證辦法:經過在同一塊PCB中將TVS管、氣體放電管去掉,然後運用頻譜剖析儀測試的噪聲如下,幹擾包絡明顯消弭。
綜合以上實踐案例,消弭公共阻抗耦合的途徑有兩個,一個是減小公共地線局部的阻抗,這樣公共地線上的電壓也隨之減小,從而控制公共阻抗耦合。另一個辦法是經過恰當的接中央式防止容易互相干擾的電路共用地線,普通要防止強電電路和弱電電路共用地線,數字電路和模仿電路共用地線。
如前所述,減小地線阻抗的中心問題是減小地線的電感。這包括運用扁平導體做地線,用多條相距較遠的並聯導體作接地線。關於印刷線路板,在雙層板上布地線網格可以有效地減小地線阻抗,在多層板中特地用一層做地線固然具有很小的阻抗,但這會增加線路板的本錢。經過恰當接中央式防止公共阻抗的接中央法是並聯單點接地,。並聯接地的缺陷是接地的導線過多。因而在實踐中,沒有必要一切電路都並聯單點接地,關於互相干擾較少的電路,能夠採用串聯單點接地。例如,能夠將電路依照強信號,弱信號,模仿信號,數位訊號等分類,然後在同類電路內部用串聯單點接地,不同類型的電路採用並聯單點接地。