DC-DC轉(zhuǎn)換器之接地環(huán)路

DC-DC轉(zhuǎn)換器為整個系統(tǒng)中的各個電路供電。盡管每個電路在測試臺上可能表現(xiàn)很好，但系統(tǒng)整體性能卻往往達不到各個電路的性能效果。為什么? 有許多潛在因素，而系統(tǒng)中各個電路的整體接地系統(tǒng)是首要原因。設(shè)計師需要非常清楚每個電路如何接地，系統(tǒng)中是否存在接地環(huán)路。

當兩個電路和/或系統(tǒng)之間存在一個以上對地連接時就構(gòu)成了接地環(huán)路。重復(fù)接地通道相當于形成一個接收接口信號的環(huán)形天線 (電流通過接地電阻轉(zhuǎn)換成電壓)。接收接地環(huán)路感應(yīng)電壓的后果是，隨著感應(yīng)電壓的疊加造成系統(tǒng)對地基準電壓不穩(wěn)。這些感應(yīng)噪聲電壓會成為整個系統(tǒng)響應(yīng)的一部分!

此外，接地環(huán)路形成一條共用線，導(dǎo)致接地電流經(jīng)一個以上通道回到系統(tǒng)對地端接地極原點。例如，多臺計算機的電源通過公共辦公布線配置中的接地彼此連接在一起，但也可以通過數(shù)據(jù)通信布線連接。因此，計算機彼此之間往往通過一條以上接地通道連接。多臺計算機之間存在多條接地通道時，其形成的配置稱為“接地環(huán)路”。每當出現(xiàn)接地環(huán)路時，接地基準點會接收疊加信號，形成系統(tǒng)干擾和噪聲。

當系統(tǒng)中的某些組件由不同的地線，而不是系統(tǒng)中其他組件供電，或系統(tǒng)中兩個電路之間對地電位不一樣時，測量、通信或視頻系統(tǒng)會產(chǎn)生接地環(huán)路。通常，對地連接的電位差會造成電流流動。這樣會調(diào)制電路輸入，正常輸入中出現(xiàn)其他信號。圖1所示例子中，兩個接地儀器通過信號線接地，以及主地線互連。這種情況下，線路中1A電流會在兩個儀器接地點之間形成 0.1V電壓差。

圖1 典型的接地環(huán)路

由于儀器之間存在電壓差，互連導(dǎo)線中的信號會將這種壓差加入信號中，造成導(dǎo)線出現(xiàn)電壓“交流聲”。這是音頻信號中聽到60 Hz噪聲 (或視頻信號出現(xiàn)水平干擾) 的一個原因。另一個問題是信號線纜地線中流動的電流。這種電流也會傳入線纜和設(shè)備。設(shè)計師總是注意接地端的接地，卻往往未優(yōu)化設(shè)計，從而消除本底噪聲的靈敏度。因此，正確設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部接地線路時，確保接地環(huán)路電流不會造成系統(tǒng)產(chǎn)生問題是最基本的要求。

另一個例子，接地環(huán)路是多個音頻-可視系統(tǒng)組件連接在一起時的常見問題。音頻系統(tǒng)常見的噪聲往往是接地環(huán)路問題造成的。此外，可聞“交流聲”也是典型的接地環(huán)路問題 (當然，這取決于所在國家使用的AC電源電壓頻率)。當然，接地環(huán)路問題最常見的例子是，系統(tǒng)使用與插座連接的儀器，而另一臺儀器連接房間中其他位置不同的接地插座。

理想情況下，一個房間中的每個系統(tǒng)應(yīng)連接到同一個接地端，信號/天線網(wǎng)絡(luò)最終也連接到同一接地點。這是理想的，因為系統(tǒng)和每個儀器的接地是由同一接地基準點對點連接 (中央地線星狀連接模式)。這種情況下，必須考慮某些設(shè)備 (和系統(tǒng)) 還采用屏蔽線鏈接。電流從一臺設(shè)備經(jīng)地線流入另一臺設(shè)備，然后通過屏蔽線返回第一臺設(shè)備。這個環(huán)路也會拾取附近磁場和射頻發(fā)射器 (如手機) 的干擾。結(jié)果，聽到被放大的不需要的信號。順便指出，接地環(huán)路在以下情況下不會產(chǎn)生問題：1) 環(huán)路中的導(dǎo)線不傳送電流，2) 環(huán)路未暴露在外部變化的磁場下，3) 附近沒有射頻干擾。如果地線中有電流流動，當存在一定電位差時會產(chǎn)生噪聲干擾。此外，很小的電壓差也會在信號中加入噪聲。這種情況會造成音頻交流聲、視頻干擾圖像和計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸誤差。

良好的模擬系統(tǒng)設(shè)計、模擬系統(tǒng)測試測量需要認真設(shè)計系統(tǒng)接地通道，避免出現(xiàn)接地環(huán)路。