共阻干扰存在有哪几种形式？为什么要单点接地？

2239 电磁干扰模拟信号

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 噪声产生的原理是什么？为什么要单点接地？ 0
2021-3-9 06:42:54　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报范逊敏相关推荐 • 电梯的干扰表现形式有哪几种? 2329 • 接地有哪几种类型？ 1782 • 为什么共模电感对差模干扰不起作用？ 2427 • STM32时钟支持哪几种复位形式 936 • 电流密度有哪几种形式 3257 • 信号接地方式有哪几种？单点接地和多点接地都用在什么地方 2972 • 无刷直流电机驱动拓扑结构有哪几种形式？ 2159 • while的使用形式有哪几种？分别有什么用法？ 2042 • 请问pcb的地有哪几种情况时会分隔开？ 2269 • WIFI无线模块有哪几种常用的通信接口? 5609 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1、本文出发点噪声产生的原理，进一步论述简单而实用的应用：数模混合音频系统中最简单的规避地噪声手段—— “单点接地”。让读者明白“为什么要单点接地” 。希望读者着重认清单点接地的原理，从而化用、推广到其他地方，而不是简单地记住本文中所提到的例子。本文内容较多是作者本人的感悟、实践的结论，可能有不当之处，故请广大读者仅作讨论使用。 2、本文适用的读者 “单点接地”是否有似曾相识的感觉？假如你现在的情况是“听说过单点接地，但是不知道具体应该如何单点接地；或者大致知道如何单点接地，但是不能清楚地理解单点接地的原理” 。那么很幸运，本文为你而写！ 3、共阻干扰存在的几种形式本文重点是：讲述了共阻干扰的几种常见形式，会产生几种经典后果：干扰会被放大后输出、干扰被衰减后输出、干扰被原原本本地输出等。（地线）共阻干扰存在的根本原因是：（地）导线存在阻抗，且干扰与*扰信号有共同的信号回路。（什么是“信号回路”，在“噪声的起源” 已经解释。） 3.1、共阻干扰的几种形式 3.1.1、完全没有共阻噪声** 理想状态，导线无阻抗、分布参数，不存在噪声。Av-niose = 0 ：如图3.1-1，理想状态下， Vout = 100Vin，输出没有噪声。 3.1.2、共阻噪声最糟糕的状态* 最坏的布线情况，噪声会被“加倍放大” 。Av-niose >> 1 ： 3.1-2 如图3.1-2，由于AB点在PCB板上是一段铜箔，不可避免存在阻抗（虽然铜的电阻率极小），假设其阻抗为R5。模拟输入信号的回路经过A——B段，当有数字电流I1_niose 地回路流经A——B点时， R5既是模拟信号的回流地电阻，也是数字电路信号的回流地电阻，这个导线电阻由模拟、数字“共享” ，故称为共阻。而数字信号经过R5会产生V1_niose，这个V1_niose电压将会叠加在干净的模拟输入信号上，造成输入信号的污染（干扰），故把这种—— 因为有共同回流路径而产生的干扰现象叫“共阻干扰” 。由于该电路放大的是BF端的电压。（而不仅仅是AF端，如果不明白这一点，必须重新学习功放！）所以Vout=（Vin V1_niose）100，其中输出噪声部分的信号是V1_niose100！——可见，噪声被加倍放大了！！！这是共阻噪声最为严重的一种状况！经验性现象解释：有人说：铜的电阻率这么低，即使V1_niose 放大一百倍也听不到，因为用示波器根本没有看到噪声的存在！而且数字噪声一般不在20—— 20KHz人耳可听见范围！这个说法好像有道理，但是实际和理论都是不对的。原因如下：（1）人耳朵在安静环境中，通过耳机，人们能清楚地听到毫伏级（几毫伏）的音频噪声信号，而普通示波器一般无法捕捉到这么微弱的波形。因为普通的数字示波器接上探头后显示在屏幕上的噪声电平有20mV 左右，非常昂贵的示波器在拔掉探头的情况下，显示在屏幕上的底噪才可能小于1mV。所以人耳朵能听到噪声但是示波器看不到，这很正常。（2）即使数字电路本身工作频率远超过20KHz，但MCU内部模块间的启动关闭动作的频率有可能落在音频范围。而且，即使大于20KHz的数字信号，经过导线的分布电感与分布电容“滤波”后，形成V1_niose 将落在音频范围。这是我们能听到数字噪声的原因。 3.1.3、共阻噪声1:1 放大输出干扰不被放大、直接呈现在输出端。Av-niose = 1： 3.1-3 如图，若数字噪声只流过R8，那么Vout=Vin100 V2_niose，存在数字噪声，但是噪声没有被放大，所以一般情况下，数字噪声不明显，只是是在安静的环境中可能可以听得到。 3.1.4、共阻干扰被衰减后输出* 干扰会被功放器件抑制， Av-niose << 1 ：如图，假如在数字电路端单点接地。那么，数字噪声V3_niose 可以直接回流到电源，并没有流经功放区域，（其实深究起来，还是有非常微小的部分噪声流经EC段PCB，并从其他路径构成回路，但是这个影响非常小。回路路径如何形成？根据“噪声的起源”章节中的内容，其实足以领悟出来。）所以不会造成地线的共阻干扰噪声。但是，有两点值得担心的：（1）电源不是理想的电源，会存在“内阻” ，所以数字电路会通过“干扰公共的电源从而干扰功放” ——幸运的是，这个干扰非常小，一般情况下都不会引起系统出现噪声，原因是：功放的电源纹波抑制比一般非常高！（2）C与E之间同样是铜箔，实际上也存在内阻！这段地线也会产生共阻干扰。但是，实际上采用这种布线方式也不会出现干扰问题，原因是：一、其阻抗引起的干扰相当于电源抖动的干扰，而功放有一定的电源纹波抑制能力（这个是地纹波抑制，实际测试过的一些芯片，都是电源纹波抑制能力比地纹波抑制能力好，这应该与Bypass电路有关，有兴趣者可以深究）。二、这个干扰一般是声音较大时干扰才比较大，但是声音大后，噪声会被音乐“盖住” ，所以人感受不到噪声的存在。 3.1.5、在电路板上不会存在地噪声如图3.1-5，电池、数字地、模拟地的单点接地点都接在C、E点的重合处。这样接地，在电路板上不会出现噪声， Av-niose=0 。（但是，电池接上后，同样会产生“ 3.1.4”的类似情况，因为每个电源都有内阻。这个读者自行构建模型分析！）无论如何，对于图中的电路，这已经是最好的接地方式了！而且这种接地方式从未出现过噪声！ 3.2、敏感点与不敏感点由3.1 的内容知道， PCB走线不当，噪声会被“成倍放大” 、或会被“ 1 倍放大”。产生这种状况说明：对于音频功放放大电路， PCB上存在“地噪声敏感点和不敏感点”（或者说是敏感段）。 3.2.1、地噪声敏感段PCB 图3.1-2 的AB段的噪声会被成倍放大，所以AB段是“地噪声敏感段PCB”，经过敏感段PCB的数字地噪声将会被“加倍放大”后输出。之所以会被加倍放大，是因为噪声信号经过功放的前端放大电路的地回流，这段PCB对应于实际应用中的很多功放的“ Bypass电容接地点（如图3.1-2 中B点）与功率地（如图3.1-2 中C点）之间的PCB”。也就是： BC间的PCB连走线极有可能成为地噪声敏感段PCB。 3.2.2、地噪声不敏感段PCB 图3.1-3 的CD段是地不敏感段PCB，因为经过这一段PCB的噪声放大倍数是1，噪声不会被加倍放大。其原因在于地噪声没有经过功放的前级放大区域，所以噪声信号只会原原本本地在喇叭端输出。 4、单点接地本节重点：第3 节共阻干扰的各种案例中，存在地噪声可能会流经“敏感段PCB”这个现象。所以为了最大地减小地噪声，要单点接地，让噪声不要经过敏感段PCB。 4.1、单点接地与“敏感信号段”的联系细心的读者已经发现，第三节已经存在单点接地。单点接地不应单纯理解为：在PCB上有一个物理的接地点；而应该理解为：在PCB上有一个接地点，而且不同性质的地回流信号（比如模拟回流和数字回流）不会存在这个接地点以外的“公共路径”（公共路径—— 即地线上数字与模拟公有的PCB电阻“ R5”，前面已经解释过）。图“ 3.1.4 和3.1.5”其实就是单点接地的情况，所以此处不再赘言。本节重点写：如何去真正理解单点接地。 4.2、如何去理解单点接地单点接地的思想，在《印刷电路板排版设计》有很详细的讲解。很老的书，工艺可能和现在不同，但其设计思想不变！而且，作者认为这是国产少见的不是“ Ctrl C”和“ Ctrl V”的书。郑诗卫写的，感谢郑老前辈！ 4.2.1、理解原理的重要性（经验性废话）平时我们经常会听到“单点接地”这个词，很多人说“去掉数模混合电路噪声的终极武器就是单点接地” 。但是某日有个鞋童泪流满面的奔过来嚎叫：我已经单点接地了，可是噪声尚在· ····· 何故？额！哥！不是单点接地就可以去掉噪声，而是要“正确的单点接地”才能够去掉噪声。正确的数字、模拟前端、电池、功率地的单点接地点是：功放的功率地引脚（或者功率地、功放电源的去耦电容引脚。）例如，我们在设计一个实在的产品时，存在很多互斥不可兼得的“布线定理”时，我们如何取舍？究竟是让这个电路符合A 法则、放弃B 法则好呢，还是符合B法则、放弃A 法则好呢？要做正确做出这种判断，就要求我们清楚：什么是影响最大的、而什么的影响几乎可以忽略不计的。所以，除了实践，还得最终把握其原理。 4.2.2、例说：了解敏感信号区的方法使用前想评估某个特定芯片有哪些特征，需要一定的理论专业常识，推断出芯片内部的构造，从而可以判断“哪些是信号敏感点，哪些不是敏感点” 。以功放为例，目前绝大多数AB类音频功放内部构造如下图所示。前端为电压放大，相当于运放，一般由偏置电路与共射放大电路组成，该部分功能是：对输入的信号（包括噪声）进行电压放大。而后级为射极跟随电路，一般电压放大倍数为1（没有电压放大能力），只是增强了输出电流驱动能力。图中的运放“ ”端，通常相当于功放的“ Bypass”引脚；而Q1的接地点的地相当于功放的功率地引脚。Bypass引脚通常接一个去耦电容到地，该电容的地到功放的功率地间的PCB走线相当于图3.1-2 中的AC段PCB。假如这段PCB存在噪声，那么相当于噪声混进了功放前级的运放，噪声将会被“极大地放大” ！这就是“噪声混进了信号敏感段PCB”。所以单点接地的目的是：不让噪声地回流经过“敏感信号区的地线区域” 。 5、理论的延伸本节重点：从单点接地引出单点接电源，从单点接电源的“不够普遍”这个现象探讨“电源纹波抑制比” 。从原理上论证：模拟芯片电源纹波抑制比较强，而数字芯片无电源纹波抑制能力。 5.1、既然有单点接地，那么有没有“单点接电源”？显然，答案是肯定的。但奇怪的是：为什么总是听到前辈强调“单点接地” ，却很少听到他们强调“单点接电源”？日常生活常见的一个现象是：当一个事情经常出现或者出现的后果十分严重时，经历过的人们时常会把它挂在嘴边，没经历过的人也能耳熟能详。但当事情出现的概率很小、或者后果影响很小时，人们时常会把它忽略掉。同样，“单点接电源”也是如此，电源当然会产生共阻噪声。但是在音频功放中，其影响通常非常小（原因是功放电源的纹波抑制比高），即在喇叭端一般听不到电源的纹波噪声；而且在电源端的共阻干扰不会出现“噪声被成倍放大”的情况（因为Bypass电容接到地，而不是接到电源）。所以一般情下电源存在共阻干扰，但是在输出音频上听不到，所以在音频领域一般不会引起很大的重视。（这是对集成芯片而言，对于分立元件搭建的功放电路，有些构造对电源纹波还是非常敏感的。）注意：电源处理不好会加重模块间的干扰，增加数字电路的电磁辐射。所以，在数字电路中，必须得权衡是否要加强模块间的电源隔离（这个理论可以在“噪声的起源” 4.4 节中看到）。 5.2、讨论“电源纹波抑制” 5.2.1、综述：对电源纹波的敏感程度模拟、数字电路通常对“电源纹波噪声”的抑制能力表现不同，一般来讲模拟器件对电源纹波不敏感，基本不会将电源纹波反应在输出上；而数字电路通常会将电源纹波完全反应在输出上。注意：模拟电路对信号噪声敏感，混进了噪声后，直接影响输出信号；数字电路对信号的噪声相对不敏感，因为即使噪声很大， IO口都能正确地判断出高低电平。 5.2.2、模拟电路电源纹波抑制能力强的原因一般的功放和运放处理的都是模拟信号，它们可以将信号放大、缩小N 倍，一般都有很强的电源纹波（噪声）抑制能力。至少将电源上的噪声衰减10000倍以上输出。为什么运放等模拟器件有这么强的电源抑制能力？归根结底，因为稳压电源、恒流源、放大区的共射放大电路、非饱和状态的射级放大电路等都有很强的电源纹波（噪声）抑制能力—— 而运放、功放等都由这些基本电路作为其内部的偏置、放大电路单元，所以电源纹波抑制比很强。深入的理论剖析并非一章一节可以阐明，并且作者也自认为没有足够深厚的功底。下面将简单论述芯片内部其中一种电路模型：为何放大区的共射电路有很强的电源纹波抑制比！ PS：请有兴趣深入研究的读者可以理解《模拟电子技术基础》（童诗白第4版3、4 章节等相关内容）章节后，再进一步学习。该图是经典的“三极管特征曲线图” ，该图已经蕴含了“共射放大区有很强的电源纹波抑制能力”这个信息！真的吗？不会吧？！我啥时候骗过你？ —— 请看分析。对于共射放大电路。假设在放大区（图中棕红色区域），给三极管B极提供固定的电流Ib1 = 20uA，那么即使电源电压（ Uce电压）在3~9V 波动，而Ic1 基本保持不变（这个图中可以看到）。Ic1 保持不变，意味着共射放大电路的电压输出不变！（理解这句话的前提是：理解共射放大电路。）所以，对于图中的三极管共射放大电路，假如在B极输入一个信号Vin，即使电压在3~9V波动，输出只和输入有关，基本不受电源电压波动的影响！这表明：这个放大电路有很强的电源抑制能力！ 5.2.3、数字电路没有电源纹波抑制能力小功率三级管在输出电流不是很大的情况下，饱和导通的管压降非常小，可以认为是0（对于这个压降问题，有不少有了工作经验的硬件工程师也经常质疑。那么，烦请各位用使用数据验证。呵呵！）。所以，当输入为3.3V 时，输出为3.3V。当电源电压由3.3V 变为10V 时，所有数字电路都工作在10V 电源下，每个数字门电路的电压也为10V——所以最终的结果是： Vin 和Vout 都变成一样：都是10V 输入、输出电压。所以，由于数字电路IO 口的电压工作在饱和导通状态（不可以特殊的ECL等电路来论述），输出电压永远等于电源电压。所以电源波动毫不保留地反应在输出上，导致其电源纹波抑制能力为0. 这种特性在数字电路相互干扰的处理要十分留心。 6、本文精要（1）、因为有共同回流路径而产生的干扰现象叫“共阻干扰” 。（2）、人耳朵在安静环境中，通过耳机，人们能清楚地听到毫伏级（几毫伏）的音频噪声信号，而普通示波器一般无法捕捉到这么微弱的波形。（3）因为共阻干扰存在地噪声的“敏感段PCB”，所以要单点接地，让噪声不要经过敏感段PCB。（4）、单点接地的思想，在《印刷电路板排版设计》有很详细的讲解。（作者：郑诗卫）（5）、一般来讲模拟器件对电源纹波不敏感，基本不会将电源纹波反应在输出上；而数字电路通常会将电源纹波完全反应在输出上。 (mbbeetchina)

2021-3-9 18:53:49 评论举报赵文隽