5-3-6 公共阻抗噪声

(1) 公共阻抗导致的电路干扰

电路中多个电路共用电源和接地。尽管理想情况下电源和接地线路为零阻抗,事实上它们仍有着非常小的阻抗。公共阻抗噪声 [参考文献 2] 是指共用区域内的阻抗导致电路的部分电流影响其他电路的情况。公共阻抗噪声也是一种共模噪声模型。这与上述电流驱动模型不同,因为其中有多个电路,考虑的不是电感而是阻抗,且包含除了接地之外的其它线路。

例如,在图5-3-17中,从图中左侧供应电源以运行电路1和电路2。电路1和电路2共用电源与接地,且有着公共的阻抗Zp和Zg。

当较大电流流经电路1时,由于公共阻抗导致的电压下降,电源和接地电压发生改变。因此电路2接地和连接到此接地的电缆会产生共模噪声。

在图中,电路1被定义为噪声源,但即使电路2正在运行,也会在相同的效应下产生公共阻抗噪声。在这种情况下,噪声从电路2传输到电路1。

Common impedance noise

图5-3-17 公共阻抗噪声

(2) 减少公共阻抗噪声

如图5-3-18所示,有多种方法可通过公共阻抗减少噪声,包括:

  1. (a)使用较粗的线,以减少共用区域内的阻抗

  2. (b)各电路使用独立的电源和接地线路,以消除共用区域

  3. (c)使用去耦电容器限制电路1电流

(a)与章节5-3-2所述的电流驱动模型具有相同的噪声抑制效果。

(3) 各电路使用独立的电源和接地线路

(b)方法使用电源点作为基准点,且各电路连接独立的接地和电源线路。其中没有共用线路,消除了公共阻抗噪声。
例如,当需要控制较大电流的电路(如电机驱动电路)与在较弱信号上运行的电路结合时,就需要使用独立的电源和接地。

(4) 单点接地

在方法(b)中,接地线从基准点连接到各终端电路,被称为单点接地(更准确地说,这是因为并联连接形成的单点接地)。这个设计原则用于具有相对较低频率的模拟电路。

除了上述的减少共模阻抗噪声之外,单点接地也可防止因终端电势差异导致的不正确运行。有关单点接地的详细信息,请参考技术资料 [参考文献 3,8,9]。

单点接地需要大量线路,这就意味着在制作如图5-3-18(b)所示的PCB时,由于空间的限制,线路宽度要减小。这会导致高频范围内阻抗增加。另外,在电路间传输信号时(例如从电路1传输到电路2),接地的设计,即信号返回路径会很困难。为此,该方法并不常用于数字电路。

(5) 去耦电容器

图5-3-18(c)展示了针对电源使用去耦电容器的方法。通过限制电路1和去耦电容器之间的高频范围电流,可以防止对电路2的干扰。

在电容器运行的高频范围内,去耦电容器是一种有效的方法。若要提高有效频率的下限,就需要增加电容器的静电容量。

为减少数字电路中的共模阻抗噪声,一般在通过增粗线路来降低接地阻抗后,使用一个去耦电容器,如图5-3-18(a)所示。

Reducing common impedance noise

图5-3-18 减少公共阻抗噪声


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