公共阻抗耦合是指噪聲源回路和受干擾回路之間存在著一個(gè)公共阻抗，噪聲電流通過(guò)這個(gè)公共阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓，傳導(dǎo)給受干擾的回路。通過(guò)公共阻抗耦合的方式所產(chǎn)生的噪聲，稱為公共阻抗耦合的噪聲。在數(shù)字電路中，由于信號(hào)的頻率較高，地線往往呈現(xiàn)較大的阻抗。這時(shí)，如果存在不同的電路共用一段地線，就可能出現(xiàn)公共阻抗耦合的問(wèn)題。以下將用具體案例進(jìn)行說(shuō)明。

 

1.問(wèn)題描述

 

某產(chǎn)品在測(cè)試RE時(shí)超標(biāo)嚴(yán)重，由于該產(chǎn)品是全金屬屏蔽設(shè)計(jì)，因此其發(fā)射路徑很容易鎖定。主要包括輸入電源線、輸出負(fù)載線，RS485通信線。通過(guò)使用耦合夾分別對(duì)三個(gè)路徑的干擾量進(jìn)行測(cè)試，最終確定RS485通信線輻射較大，頻譜測(cè)試結(jié)果如下：

 

 

2.原因分析

 

按照以往的經(jīng)驗(yàn)，通信線本身的輻射發(fā)射一般不會(huì)很高，出現(xiàn)最多的一般為耦合、地線串?dāng)_等原因。因此針對(duì)該P(yáng)CB板布局及走線方式進(jìn)行排查分析，如下圖：

 

 

在該電路設(shè)計(jì)中RS485通訊口在PCB上只是一個(gè)轉(zhuǎn)接作用，按道理不應(yīng)該引入噪聲。通過(guò)觀察PCB布局可以發(fā)現(xiàn)，RS485端口由電阻、氣體放電管、TVS管組成了一個(gè)浪涌、ESD防護(hù)電路，然后通過(guò)固定螺釘孔接PE（機(jī)殼）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)接在該點(diǎn)PE的還有另外一路，即上方輔助電源Y電容的PE，因此輔助電源的噪聲可能通過(guò)浪涌防護(hù)電路竄入通信線導(dǎo)致輻射發(fā)射。

 

3.原理分析

 

 

從上圖中可以看清楚基本的連接情況，即輔助電源輸入線的Y電容所連接的PE線與TVS管、氣體放電管的PE相連接后最后才連接到PCB板的接地孔。實(shí)際上兩者存在著一段共地線，這就有發(fā)生共阻抗耦合的可能性。由于PE線走線較長(zhǎng)，且在PE線連接中存在過(guò)孔等情況，因此上面的電路可以等效為如下情況：

 

 

其中Z1~Z3為PE線、過(guò)孔所產(chǎn)生的阻抗，Z4/Z5為氣體放電管、TVS管的等效阻抗。按照理想狀態(tài)，電源的噪聲應(yīng)該沿著I1方向流入PE接地點(diǎn)，即I=I1；噪聲電流全部通過(guò)Y電容回流到PE。但是由于Z1~Z3的存在，產(chǎn)生共阻抗耦合，部分噪聲電流沿著I2~I4方向流動(dòng)。而且在高頻狀態(tài)下氣體放電管、TVS管的阻抗也急劇下降，加劇了這種耦合。此時(shí)I2~I4不能忽略，這樣噪聲電流直接耦合到RS485通信線上，由于通信線都比較長(zhǎng)，加劇了輻射發(fā)射，因此對(duì)RE的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。

 

 

4.結(jié)果驗(yàn)證

 

驗(yàn)證方法：通過(guò)在同一塊PCB中將TVS管、氣體放電管去掉，然后使用頻譜分析儀測(cè)試的噪聲如下,干擾包絡(luò)明顯消除。

 

 

綜合以上實(shí)際案例，消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)，一個(gè)是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。另一個(gè)方法是通過(guò)適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線，一般要避免強(qiáng)電電路和弱電電路共用地線，數(shù)字電路和模擬電路共用地線。如前所述，減小地線阻抗的核心問(wèn)題是減小地線的電感。這包括使用扁平導(dǎo)體做地線，用多條相距較遠(yuǎn)的并聯(lián)導(dǎo)體作接地線。對(duì)于印刷線路板，在雙層板上布地線網(wǎng)格能夠有效地減小地線阻抗，在多層板中專門(mén)用一層做地線雖然具有很小的阻抗，但這會(huì)增加線路板的成本。通過(guò)適當(dāng)接地方式避免公共阻抗的接地方法是并聯(lián)單點(diǎn)接地，。并聯(lián)接地的缺點(diǎn)是接地的導(dǎo)線過(guò)多。因此在實(shí)際中，沒(méi)有必要所有電路都并聯(lián)單點(diǎn)接地，對(duì)于相互干擾較少的電路，可以采用串聯(lián)單點(diǎn)接地。例如，可以將電路按照強(qiáng)信號(hào)，弱信號(hào)，模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)等分類(lèi)，然后在同類(lèi)電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類(lèi)型的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。

 

本文轉(zhuǎn)載自韜略科技。

 

 

推薦閱讀：

 

磁粉芯在高性能EMI濾波器中的應(yīng)用介紹