DC-DC轉(zhuǎn)換器之接地環(huán)路

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

當(dāng)兩個(gè)電路和/或系統(tǒng)之間存在一個(gè)以上對(duì)地連接時(shí)就構(gòu)成了接地環(huán)路。重復(fù)接地通道相當(dāng)于形成一個(gè)接收接口信號(hào)的環(huán)形天線(xiàn) (電流通過(guò)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(duì)地基準(zhǔn)電壓不穩(wěn)。這些感應(yīng)噪聲電壓會(huì)成為整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)的一部分!

此外，接地環(huán)路形成一條共用線(xiàn)，導(dǎo)致接地電流經(jīng)一個(gè)以上通道回到系統(tǒng)對(duì)地端接地極原點(diǎn)。例如，多臺(tái)計(jì)算機(jī)的電源通過(guò)公共辦公布線(xiàn)配置中的接地彼此連接在一起，但也可以通過(guò)數(shù)據(jù)通信布線(xiàn)連接。因此，計(jì)算機(jī)彼此之間往往通過(guò)一條以上接地通道連接。多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間存在多條接地通道時(shí)，其形成的配置稱(chēng)為“接地環(huán)路”。每當(dāng)出現(xiàn)接地環(huán)路時(shí)，接地基準(zhǔn)點(diǎn)會(huì)接收疊加信號(hào)，形成系統(tǒng)干擾和噪聲。

當(dāng)系統(tǒng)中的某些組件由不同的地線(xiàn)，而不是系統(tǒng)中其他組件供電，或系統(tǒng)中兩個(gè)電路之間對(duì)地電位不一樣時(shí)，測(cè)量、通信或視頻系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。通常，對(duì)地連接的電位差會(huì)造成電流流動(dòng)。這樣會(huì)調(diào)制電路輸入，正常輸入中出現(xiàn)其他信號(hào)。圖1所示例子中，兩個(gè)接地儀器通過(guò)信號(hào)線(xiàn)接地，以及主地線(xiàn)互連。這種情況下，線(xiàn)路中1A電流會(huì)在兩個(gè)儀器接地點(diǎn)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(xiàn)中的信號(hào)會(huì)將這種壓差加入信號(hào)中，造成導(dǎo)線(xiàn)出現(xiàn)電壓“交流聲”。這是音頻信號(hào)中聽(tīng)到60 Hz噪聲 (或視頻信號(hào)出現(xiàn)水平干擾) 的一個(gè)原因。另一個(gè)問(wèn)題是信號(hào)線(xiàn)纜地線(xiàn)中流動(dòng)的電流。這種電流也會(huì)傳入線(xiàn)纜和設(shè)備。設(shè)計(jì)師總是注意接地端的接地，卻往往未優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而消除本底噪聲的靈敏度。因此，正確設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部接地線(xiàn)路時(shí)，確保接地環(huán)路電流不會(huì)造成系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題是最基本的要求。

另一個(gè)例子，接地環(huán)路是多個(gè)音頻-可視系統(tǒng)組件連接在一起時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題。音頻系統(tǒng)常見(jiàn)的噪聲往往是接地環(huán)路問(wèn)題造成的。此外，可聞“交流聲”也是典型的接地環(huán)路問(wèn)題 (當(dāng)然，這取決于所在國(guó)家使用的AC電源電壓頻率)。當(dāng)然，接地環(huán)路問(wèn)題最常見(jiàn)的例子是，系統(tǒng)使用與插座連接的儀器，而另一臺(tái)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(gè)房間中的每個(gè)系統(tǒng)應(yīng)連接到同一個(gè)接地端，信號(hào)/天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最終也連接到同一接地點(diǎn)。這是理想的，因?yàn)橄到y(tǒng)和每個(gè)儀器的接地是由同一接地基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 (中央地線(xiàn)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(xiàn)鏈接。電流從一臺(tái)設(shè)備經(jīng)地線(xiàn)流入另一臺(tái)設(shè)備，然后通過(guò)屏蔽線(xiàn)返回第一臺(tái)設(shè)備。這個(gè)環(huán)路也會(huì)拾取附近磁場(chǎng)和射頻發(fā)射器 (如手機(jī)) 的干擾。結(jié)果，聽(tīng)到被放大的不需要的信號(hào)。順便指出，接地環(huán)路在以下情況下不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題：1) 環(huán)路中的導(dǎo)線(xiàn)不傳送電流，2) 環(huán)路未暴露在外部變化的磁場(chǎng)下，3) 附近沒(méi)有射頻干擾。如果地線(xiàn)中有電流流動(dòng)，當(dāng)存在一定電位差時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾。此外，很小的電壓差也會(huì)在信號(hào)中加入噪聲。這種情況會(huì)造成音頻交流聲、視頻干擾圖像和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸誤差。

良好的模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬系統(tǒng)測(cè)試測(cè)量需要認(rèn)真設(shè)計(jì)系統(tǒng)接地通道，避免出現(xiàn)接地環(huán)路。