地环路干扰

电子设备（或系统）中的地线分布到设备（系统）内部的各级电路单元，难免会与其他线路构成环路；当存在两条以上接地线时，地线本身也可能构成环路。当这种环路存在时，在特定条件下就会产生地环路干扰。举一个典型的例子，如图9-6所示，设备I和设备Ⅱ位于避雷针同侧不同距离的位置，而且分别通过自身的保护性接地接至大地，且两个设备间存在接地连接（可能是信号电缆的屏蔽层）。当雷电流通过防雷接地极(O点)注人大地后，地电流向周围扩散，从而引起周围地电位大大升高，这将造成设备I的地电位(A点)的升高量大于设备Ⅱ(B点)的电位升高量，使得AB两点间存在一定的电位差。由于电流总是选择较低阻抗的路径流动，所以会在两个设备间的连接线上产生可观的电流。如果将A、B两点间的电位差看做一个骚扰源，则骚扰电流就是在连接线与大地之间的这个环路内流动，所以将产生这种形式的干扰称做地环路干扰。

由此可见，产生地环路干扰的第一种原因是互连设备的地电位不同引起地线上存在着一定的骚扰电压。一般是由于敏感设备接近其他地电流较大的大功率设备或与之共用一段地线，在土壤或地线中存在较强的电流，而土壤和地线又有较大阻抗产生的。

产生地环路干扰的第二种原因DS1339C-33.html" target="_blank" title="DS1339C-33">DS1339C-33是当存在地环路的互联设备处在较强的交变磁场中，且该磁场与环路存在交链时，则在环路中产生的感应电势有可能叠加到传输信号上形成干扰。电磁场在“设备I-互联电缆一谩备Ⅱ一地”形成的环路中感应出环路电流，同样导致电磁干扰。

解决地环路干扰的方法：解决地环路干扰的基本思路是有两个。一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。

另一个县增加讹环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阳抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。例如，将一端的设备浮地或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑，这种直接的方法在实践中往往是不允许的。更实用的方法是下面介绍的隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法。

1)隔离变压器

在电路1和2之间插入隔离变压器。两者之间的信号传输通过磁场耦合j韭行，而避免了电气直接连接。这时，地线上的干扰电压出现在变压器的初次级之间，而不是在电路2的输入端。但是变压器初级绕组和次级绕组间的分布电容会导致共模电流从初级流到次级去，并进一步流向负载。为此在变压器初、次级间加一匝铜箔绕制屏蔽层，并将其在负载端接地。需要注意这一匝铜箔在交接处必须垫上绝缘层，否则就会将变压器短路，那样差模电流（有用信号）也被隔离了。该铜箔起到了初级与次级间的电场屏蔽作用，即减小了两者间的分布电容。铜箝应在负载端接地的理由是屏蔽体如接在A端的地上则共模噪声仍可以通过C2耦合到负载上去，所以必须在B端接地。经过良好屏蔽的隔离变压器能够工作到1MHz。隔离变压器的缺点是不能传输直流信号，体积大，成本高。

2)共模扼流圈

在电路1与电路2之间插入共模扼流圈。共模扼流圈实质上是一种平衡变压器，它可以传输差模信号：直流和频率很低的差模信号都可以通过，但对于高频共模噪声则呈现很大阻抗。所以，共模扼流圈可以用来抑制地环路干扰。此外，用铁氧体磁环（吸收式滤波器）套在两根导线上也可以同样起到共模扼流圈的作用。

3)光电耦合器

在电路1与电路2之间插入光电耦合器。光电耦合器把电信号变成光信号，再把光信号还原成电信号的器件。光电耦合器只能传输差模信号，不能传输共模信号，所以完全切断了两个电路之间的地环路。光电耦合器可以传输直流和低频信号，响应速度快，输入输出端的分布参数小，而且体积小，重量轻，便于安装，目前已广泛应用在数字电路中，频率高达10MHz。数字电路只有二种状态：有信号和无信号即有光和无光，所以使用很方便。光电耦合器在模拟电路中使用时则应注意解决信号电流和光通量转换时的非线性问题。例如，采用光反馈技术可大大提高转换精度，从而使光电耦合器在模拟电路中的运用得到进一步的推广。