噪聲的模式與行為，區(qū)別Earth與Ground的重要性

引發(fā)電子設(shè)備故障的噪聲和信號(hào)一樣，都是電能。電氣通信就是與這種難纏噪聲抗?fàn)幍臍v史。不過(guò)，通過(guò)與噪聲問(wèn)題的正面交鋒，如今的信息通信技術(shù)得以確立，我們的生活也由此豐富多彩了起來(lái)。在人與家電、汽車(chē)、醫(yī)療等優(yōu)質(zhì)服務(wù)密切相連的未來(lái)社會(huì)，噪聲對(duì)策技術(shù)將愈發(fā)地重要。

通信所用的電波為波長(zhǎng)從數(shù)厘米到數(shù)毫米的微波，智能手機(jī)雖然看起來(lái)沒(méi)有天線，但實(shí)際上還是內(nèi)置了各種用途的天線。

20世紀(jì)初期的無(wú)線通信采用的是長(zhǎng)波到中波的電波。由于當(dāng)時(shí)的收信機(jī)靈敏度低，因此會(huì)將長(zhǎng)度100米到1000米的天線，樹(shù)立到離地面100米以上的高度。如此巨大的天線在遠(yuǎn)處也很顯眼。在戰(zhàn)時(shí)，無(wú)線通信就是軍事的生命線。因此，在一戰(zhàn)時(shí)期的歐洲，無(wú)線通信天線就成了被優(yōu)先攻擊的對(duì)象。

戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞的放電火花會(huì)產(chǎn)生噪聲電波，因此在一戰(zhàn)時(shí)，為了探測(cè)接近的戰(zhàn)斗機(jī)，人們發(fā)明了超外差技術(shù)，將噪聲電波的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換和檢測(cè)。

在20世紀(jì)電氣通信技術(shù)史上留名的美國(guó)電氣工程師E·H·阿姆斯特朗在一戰(zhàn)時(shí)擔(dān)任通信部隊(duì)的軍官，奔赴了歐洲戰(zhàn)場(chǎng)。為了保護(hù)重要的通信天線，他想出了能預(yù)測(cè)來(lái)襲敵機(jī)的妙案。之前介紹過(guò)，馬可尼的早期無(wú)線通信利用了放電火花產(chǎn)生的噪聲電波，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞也會(huì)因?yàn)榉烹娀鸹ǘa(chǎn)生噪聲電波。他的想法是，只要接收到噪聲電波，就能發(fā)現(xiàn)靠近的敵機(jī)了。不過(guò)，遠(yuǎn)處的飛機(jī)發(fā)出的噪聲是微弱的高頻波。因此，他發(fā)明了將收到的高頻噪聲電波轉(zhuǎn)換為低頻并增幅再進(jìn)行檢測(cè)的方法。這就是此后被應(yīng)用到收音機(jī)和電視等設(shè)備中的超外差技術(shù)。

我們周?chē)碾娮釉O(shè)備或多或少地會(huì)發(fā)出噪聲，并受到外部輻射噪聲的干擾。不過(guò)，只要用金屬殼包裹住電子設(shè)備，以電磁波形式飛來(lái)的噪聲就會(huì)被阻擋。這是因?yàn)榻饘贇げ粫?huì)接收噪聲電波并放它入內(nèi)。在屏蔽、反射、旁路、吸收的四種噪聲對(duì)策中，最好理解的就是這種屏蔽法了。此時(shí)，金屬殼若連接大地 (Earth)，就能讓大地吸收噪聲電波能量，進(jìn)一步提高效果。電子設(shè)備的噪聲測(cè)量等使用的電磁屏蔽室，也為了阻斷外來(lái)噪聲而全身裹有金屬，且連接大地。

雖然我們常說(shuō)“接地” (Earth)，但準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，電子設(shè)備的金屬殼和底盤(pán)，信號(hào)返回線路采用的電路板等其實(shí)屬于“Ground”。另外，金屬殼和底盤(pán)等稱為Frame Ground  (框架接地)，電路板稱為Signal Ground (信號(hào)接地)。

在電子設(shè)備方面，有必要嚴(yán)格地區(qū)分Earth和Ground。這是因?yàn)?，即使是Ground接地，Ground和Earth之間的基準(zhǔn)電勢(shì)間仍有微小差異，會(huì)造成噪聲。這種情況在Frame Ground和接有模擬電路、數(shù)字電路、功率電路的Signal Ground之間也會(huì)發(fā)生，有必要通過(guò)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)等細(xì)致操作，減少Ground之間的電勢(shì)差。

“在合適的位置，Ground需要盡可能粗短?！边@是電路板設(shè)計(jì)的第一原則。之所以將Signal Ground與底盤(pán)等Frame Ground連接，也是為了增大Ground的面積。但如果是靠螺絲等方式連接，螺絲松落的話，那里就會(huì)產(chǎn)生輻射噪聲，需多加注意。帶鋸齒的菊花墊片和彈簧墊片也是為了確保更好的接觸狀態(tài)才使用的。此外在電路板方面，還需要注意“不能讓信號(hào)電路和作為Signal Ground的返回線路構(gòu)成大面積的電路循環(huán)”。這是因?yàn)檫@種循環(huán)會(huì)形成天線，產(chǎn)生高強(qiáng)度的輻射噪聲。電子設(shè)備有很多印刷電路板，其反面和內(nèi)層為Signal Ground，信號(hào)電路則在正面。Signal Ground中流動(dòng)的返回電路會(huì)選擇電阻最低的最短距離。因此，它會(huì)在信號(hào)電路正下方流動(dòng)，這樣就能減小天線循環(huán)的面積，抑制輻射噪聲的產(chǎn)生。