如何抑制地线干扰？

工作地线的本来目的是是给电源和传输信号提供一个等电位，但在实际电路中工作地线常常兼作电源和信号的回流线。工作地线总是具有一定的电阻和分布电感，一般电阻很小可以忽略，但高频时电感的感抗不能忽略。当回流流过工作地线时，就会在地线的阻抗上产生电压降，因此地线上各点的电位不同，任意二点间存在着一定的电位差，这就可能产生共阻抗干扰。

接地的含义是提供一个等电位点或等电位面。接地可以接真正的大地，也可以不接。例如飞机上的电子电气设备接飞机壳体就是接地。接地的目的有两个，一是为了保护人身和设备的安全，免遭雷击、漏电、静电等危害，这类地线称为保护地线，应与真正的大地连接；二是为了保证设备的正常工作，这类地线称为工作地线。在电子设备中一定要注意工作地线的正确连接，否则非但起不到保护作用反而可能产生干扰，例如共地线干扰、地环路干扰、共摸干扰等。人们常常把屏蔽接地称作第三类接地。

（1）单点接地和多点接地

实际电路中有单点接地和多点接地。低频电路（f＜10MHz）一般采用单点接地方式，高频电路（f＞10MHz）一般采用多点接地方式。

单点接地有单点串联接地（图8-11）和单点并联接地（图8-12）之分。在实际电路中常常把单点并联和单点串联方式结合起来使用。首先把容易产生相互干扰的电路各自分成小组，例如把模拟电路和数字电路、小功率和大功率电路、低噪声电路和高噪声电路等区分开。在每个组内采用单点串联方式把各电路的接地点串联起来，选择在电平最低的电路处作为小组接地点（如模拟地、数字地等）。分组后再把各小组的接地点按单点并联的方式分别连接到一个独立的总接地点（图8-13）。图8-11、图8-12中的Z₁、Z₂、Z₃是地线的分布电阻、分布电感、分布电容相应的地线阻抗。

图8-11 单点串联接地

图8-12 单点并联接地

图8-13 单点串联和单点并联混合接地方式

多点接地的思路是把需要接地的电路就近接到一金属面上，各电路接地点到金属面的引线要尽可能缩短。金属面要导电好、面积大、不易产生共阻抗干扰。在印制电路板上常用大块的金属面而不是用轨线作地线，在多层印制电路板中专门有一层用作地线，在设备中则常用机壳作地线。

（2）电缆的屏蔽接地

人们常常用到屏蔽电缆，在低频时，人们使用屏蔽层单端接地，在高频时采用屏蔽层双端接地。

（3）地环路切断

在布置设备的地线时我们一般不希望把地线布置成封闭的环状，一定要留有开口。因为封闭环在外界电磁场影响下会产生感应电动势，从而产生电流，电流在地线阻抗上有电压降，于是地线上各点电位不相同，容易导致共阻抗干扰。这里的地环路不是指这种由地线本身构成的环路，而是指电路多点接地并且电路间有信号联系时构成的回路，图8-14是形成地环路的一个例子。(www.xing528.com)

图8-14 双信号线地环路

图8-15 光电耦合器切断地环路

在机电一体化系统中地环路引起的干扰是必须考虑的问题，因为一般用来监测设备工作状态的传感器距离控制设备都比较远，两处的地电位可能差别较大，而且传感器往往安装在工业现场，周围由强电设备产生的电磁噪声较强，很容易产生地环路干扰。

抑制地环路干扰的方法是切断地环路。图8-15是用光电耦合器切断地环路的例子，也可以用隔离变压器切断地环路。

（4）设备分类接地

对于机电一体化系统，应把系统中设备分成强电、弱电及强电弱电混合设备三种情况考虑如何接地。前面已讲过地线分保护接地、工作接地和屏蔽接地。如果是强电设备，主要考虑保护接地，地线应真正和可靠接地。

如果是弱电设备，保护地线和屏蔽地线最终都是连接到某一点，然后接大地，但是系统地线则不一定，有时系统地线是浮置的（图8-16）。系统地线浮置方式仅适用于小型设备（这时电路对机壳的分布电容较小）和频率较低的电路。电路较复杂、工作速度较高的控制设备则不应采用浮地方式，其系统地线、屏蔽地线、保护地线应在柜上的中心接地点。

图8-16 浮置的系统地线布置

如果是强弱电混合设备，各个设备的系统地线、屏蔽地线、保护地线一般不在机柜内的中心接地点汇合，而是分别引出机柜外，然后与相应的接地母线相连接。地线的长度增加会使地线阻抗增加，特别是地线长度为地线中电流波长的1/4时，地线阻抗非常高，并且地线长度变成了辐射天线，向外辐射噪声，所以地线长度应小于λ/10～λ/20。对大多数工业控制设备而言，由于信号电缆的分布电容和输入装置的滤波等因素的影响，装置间的信号交换频率不高，一般以1MHz为上限，根据上述要求可求得地线的长度范围为15～30m。

（5）接地极的设置与布置

在机电一体化系统的接地布置中，往往设有多个接地极连接大地，如避雷接地极、供电变压器中性点接地极、强电和弱点设备的保护接地极、弱电设备的系统和屏蔽接地等。强电设备工作时或发生故障时可能通过接地极向大地注入很大电流，引起周围地电位的剧烈变化，所以弱电设备例如电子控制设备、计算机设备的接地极应该远离强电设备的接地极。弱电设备与高压供电变压器中性点距离应大于20m；弱电设备与避雷针间距离应大于20m；弱电设备与强电设备间距离应大于15m。