车辆电磁兼容基础：地线共阻抗耦合及干扰

地线是指电子电气系统与设备中所有电路单元模块的公共基准电位的连接线，主要包括有电源地线（即系统地线）与信号地线。

进行电路设计时，所考虑的地线为理想地线，即认为地线是一个零电位、零阻抗的物理实体。理想地线不仅是各电路单元模块中所有信号电平的参考点，而且在工作时（其上有电流时）各点之间不会产生电位差，它可以作为系统中所有信号电平的参考点。

在实际的电子电气系统与设备中，这种理想地线不可能实现。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。当回流电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，地线上任意两点间存在一定的电位差，这就可能产生共阻抗耦合。

无论是地电流在地线上产生的压降还是地环路所引起的感应电动势，都有可能使共用该地线的电路单元产生相互干扰，所以地线的干扰主要可分为两类：一类是由于地线阻抗所引起的干扰，另一类是由于地环路所产生的干扰。

1.地线阻抗干扰

地线的干扰大小主要表征为地线中干扰电压的大小。地线中的干扰电压除与流过地线的电流有关外，还与地线的阻抗有关。地线阻抗包括电阻和电感分量。由于地线上存在阻抗，当有电流流过该地线阻抗时会在其阻抗上产生压降，引起地线阻抗干扰。在实际电路中，造成电磁干扰的信号主要是脉冲信号，因为脉冲信号中包含了大量的高频成分，会在地线上产生较大的电压。

地线阻抗的干扰体现在共阻抗耦合。当两个单元电路共用一段地线时，由于地线上存在阻抗，一个单元电路的地电位会受到另一个单元电路工作电流的调制。这样一个单元电路中的信号耦合进另一个单元电路中，属于典型的共阻抗耦合。

2.地环路耦合

因为电路单元模块都存在地线，各电路单元模块的地线就不可避免地会与其他线路构成环路。而且，由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，地线上会产生电压。如果电流较大，则电压也会很大。例如，附近有较大功率电器启动，就会在地线中流过很大的电流。这个电流会在两个设备的连接电缆上产生电压。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流就会不同，由此就会产生差模电压，对电路造成影响。这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，称为地环路干扰。地环路的电流还可以由外接电磁场感应出来。例如，各电路单元模块各地线之间会构成环路，作为直流供电电源的馈线之一时就会与另一直流电源线构成环路；而在不对称馈电的信号电路中，地线与信号线也会构成环路。(www.xing528.com)

所以，地环路干扰就是指由于电子电气系统与设备中存在着地环路，如果当某一交变磁场与这些地环路交链时，地环路就会产生感应电动势，而这个感应电动势就有可能会叠加到有用的传输信号上进而形成干扰。图4-24所示为地环路干扰的简化示意图，图中U_G表示的是公共地上的压降。

等效电路里表示的是两个级联的电路单元A、B的地环路干扰，其中C表示的是两单元电路之间的信号传输线。地线AB既可作为信号线的返回通路，又可作为电源馈线之一。电源的正极馈线与地线在电路A与电路B之间构成一个环路AA′BB′，信号线C与地线在单元电路A和单元电路B间又构成一个环路ACB。

当交变磁场穿过闭合环路时，在环路中产生的感应电动势为

式中，e_i为环路中的感应电动势；B为穿过环路的磁通密度；S为环路在磁场垂直方向上的投影面积。

图4-24 地环路干扰示意图和等效电路图

由上图4-24可以看出，地环路中的感应电动势e_i与传输信号电压串联后输送到下一级电路的输入端，从而构成地环路干扰。欲减小地环路干扰，就得减小地环路面积，最好在线路布置时避免构成地环路。