電源設計細節：DC-DC轉換器之接地環路詳解

來源：互聯網  作者：秩名2013年08月08日 14:00

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[導讀] DC-DC轉換器為整個系統中的各個電路供電。盡管每個電路在測試臺上可能表現很好，但系統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，而系統中各個電路的整體接地系統是首要原因。設計師需要非常清楚每個電路如何接地，系統中是否存在接地環路。

關鍵詞：DC-DC電源

　　DC-DC轉換器為整個系統中的各個電路供電。盡管每個電路在測試臺上可能表現很好，但系統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，而系統中各個電路的整體接地系統是首要原因。設計師需要非常清楚每個電路如何接地，系統中是否存在接地環路。

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

　　此外，接地環路形成一條共用線，導致接地電流經一個以上通道回到系統對地端接地極原點。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，但也可以通過數據通信布線連接。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“接地環路”。每當出現接地環路時，接地基準點會接收疊加信號，形成系統干擾和噪聲。

　　當系統中的某些組件由不同的地線，而不是系統中其他組件供電，或系統中兩個電路之間對地電位不一樣時，測量、通信或視頻系統會產生接地環路。通常，對地連接的電位差會造成電流流動。這樣會調制電路輸入，正常輸入中出現其他信號。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 典型的接地環路

　　由于儀器之間存在電壓差，互連導線中的信號會將這種壓差加入信號中，造成導線出現電壓“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備。設計師總是注意接地端的接地，卻往往未優化設計，從而消除本底噪聲的靈敏度。因此，正確設計系統內部接地線路時，確保接地環路電流不會造成系統產生問題是最基本的要求。

　　另一個例子，接地環路是多個音頻-可視系統組件連接在一起時的常見問題。音頻系統常見的噪聲往往是接地環路問題造成的。此外，可聞“交流聲”也是典型的接地環路問題（當然，這取決于所在國家使用的AC電源電壓頻率）。當然，接地環路問題最常見的例子是，系統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應連接到同一個接地端，信號/天線網絡最終也連接到同一接地點。這是理想的，因為系統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，必須考慮某些設備（和系統）還采用屏蔽線鏈接。電流從一臺設備經地線流入另一臺設備，然后通過屏蔽線返回第一臺設備。這個環路也會拾取附近磁場和射頻發射器（如手機）的干擾。結果，聽到被放大的不需要的信號。順便指出，接地環路在以下情況下不會產生問題：

　　1）環路中的導線不傳送電流；

　　2）環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絡傳輸誤差。

　　良好的模擬系統設計、模擬系統測試測量需要認真設計系統接地通道，避免出現接地環路。

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