需要考慮的接地結構

(1) 共模噪聲少的接地
若(ruo)要(yao)降(jiang)低(di)因(yin)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)模(mo)型(xing)導(dao)致(zhi)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)

，降(jiang)低(di)接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)，這(zhe)樣(yang)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)電(dian)流(liu)才(cai)能(neng)順(shun)暢(chang)流(liu)動(dong)。需(xu)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)有(you)返(fan)回(hui)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)包(bao)含(han)高(gao)頻(pin)成(cheng)分(fen)的(de)信(xin)號(hao)（如時鍾信號）的接地。本章節概述了會造成很多問題的一些接地結構示例 [參考文獻 7]。
圖12(a)是shi低di噪zao聲sheng理li想xiang接jie地di的de示shi例li。如ru圖tu所suo示shi在zai信xin號hao線xian下xia方fang搭da建jian一yi個ge接jie地di層ceng允yun許xu信xin號hao返fan回hui電dian流liu在zai信xin號hao線xian下xia方fang返fan回hui
，這zhe樣yang能neng減jian少shao共gong模mo噪zao聲sheng。接jie地di層ceng覆fu蓋gai整zheng個geIC，而不僅僅是信號線。
請(qing)注(zhu)意(yi)圖(tu)中(zhong)展(zhan)示(shi)了(le)接(jie)地(di)層(ceng)，但(dan)是(shi)在(zai)多(duo)層(ceng)基(ji)板(ban)中(zhong)，電(dian)源(yuan)層(ceng)和(he)接(jie)地(di)層(ceng)以(yi)相(xiang)同(tong)方(fang)式(shi)工(gong)作(zuo)。在(zai)下(xia)麵(mian)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)例(li)子(zi)中(zhong)，也(ye)必(bi)須(xu)注(zhu)意(yi)避(bi)免(mian)電(dian)源(yuan)層(ceng)采(cai)用(yong)此(ci)結(jie)構(gou)。

(2) 容易產生共模噪聲的接地示例
圖12(b)到(d)為容易產生噪聲的接地結構示例。必須注意避免使用這樣的結構。
圖12(b)是接地線而不是接地層的情況。這種形態常見於非多層基板結構中
，但是會產生較強的共模噪聲，如圖4的測試結果所示。

(3) 接地層有狹縫時
圖12(c)為接地層上有狹縫凹口時的情形。如果所圖所示多個狹縫在信號線下麵重疊，將妨礙信號的返回電流
，間隙的兩端都會產生電壓。盡管 乍看之下好像有接地層，但這種結構忽略了接地層的作用。如果狹縫在信號線側相互連接，如圖13(a)所示

，可以減少產生的噪聲。
zaizhezhongjiegouxia
，dangyouzhejiaoduozaoshengdejiedibeifengekaishi，huozhezaidianyuancengcishangdajianleduogedianyuancengshi
，jiurongyichanshengzaosheng。buzhijuyoujiaoduozaoshengdexinhaoxian（如時鍾信號）
，確保狹縫不會重疊。[page]

(4) 穿過多個接地層時
圖12(d)展zhan示shi了le信xin號hao線xian通tong孔kong穿chuan過guo多duo層ceng的de狀zhuang態tai。信xin號hao返fan回hui電dian流liu經jing過guo離li信xin號hao線xian最zui近jin的de層ceng麵mian，但dan是shi如ru果guo有you多duo層ceng，返fan回hui電dian流liu可ke能neng無wu法fa順shun暢chang流liu動dong。圖tu中zhong顯xian示shi信xin號hao線xian穿chuan過guo接jie地di和he電dian源yuan層ceng時shi的de狀zhuang態tai
，但dan是shi在zai穿chuan過guo兩liang個ge接jie地di層ceng時shi情qing況kuang也ye相xiang同tong。
當信號穿過多層基板正反麵時，結構如圖所示。若要抑製產生的噪聲，兩層（當如圖所示其中一層為電源層時，有一個去耦電容器）之間必須在靠近信號通孔的地方相互連接

，如圖13(b)所示。



[page]當線路突出屏蔽時

(1) 當中心導體突出同軸電纜時
通過擴展電壓驅動模型，如果電壓施加到兩個長度不同的導體，始終會產生共模電流。
例如，即使是使用被視為理想傳輸線的同軸電纜，如果線芯如圖14一樣突出
，外側導體會感應到共模電流
，整個電纜會作為天線發射噪聲。這也可被視為一種電壓驅動模型。
圖15給出了將20厘米同軸電纜連接到20MHz時鍾信號及在中心導體端部外露3厘米時測量噪聲的測試結果。這表明即使隻外露了3厘米，也發出了很強的噪聲。



(2) 整個屏蔽變成噪聲的天線
圖15(b)表明噪聲發射的峰值出現在100到500MHz的較低頻率範圍內。中心導體外露長度為3厘米，λ/4處的頻率為2.5GHz，因此表明這部分很難成為單極天線。
可以認為500MHz或更低頻率主要是從更大尺寸的同軸電纜所發射的。如果認為同軸電纜中感應到了共模電流
，如圖14所示
，就更容易理解同軸電纜成為天線的機製。
即使如章節4-3-16中圖4-3-27所示短電纜從屏蔽罩突出，也可以將其視為與圖14中的結構一樣進行說明。但是
，章節4-3-16中圖4-3-27的示例又有所不同，因為共模電流包括在屏蔽罩中而不是圖14的外側導體中。[page]

(3) 即使是小孔也會破壞屏蔽
本測試模擬了線路進出電子設備的屏蔽罩時的狀態。如果線路如圖16(a)所suo示shi進jin出chu屏ping蔽bi，即ji使shi線xian路lu隻zhi有you幾ji厘li米mi長chang，也ye會hui導dao致zhi屏ping蔽bi感gan應ying到dao共gong模mo噪zao聲sheng。在zai這zhe種zhong布bu局ju下xia，穿chuan過guo線xian路lu的de孔kong隻zhi有you幾ji毫hao米mi

，屏ping蔽bi可ke能neng被bei破po壞huai了le。
為防止屏蔽罩感應到共模噪聲
，如圖16(b)所示在線路經過屏蔽的地方安裝一個EMI靜噪濾波器，阻止噪聲進出。


公共阻抗噪聲

(1) 公共阻抗導致的電路幹擾
電路中多個電路共用電源和接地。盡管理想情況下電源和接地線路為零阻抗，事實上它們仍有著非常小的阻抗。公共阻抗噪聲 [參考文獻 2] 是shi指zhi共gong用yong區qu域yu內nei的de阻zu抗kang導dao致zhi電dian路lu的de部bu分fen電dian流liu影ying響xiang其qi他ta電dian路lu的de情qing況kuang。公gong共gong阻zu抗kang噪zao聲sheng也ye是shi一yi種zhong共gong模mo噪zao聲sheng模mo型xing。這zhe與yu上shang述shu電dian流liu驅qu動dong模mo型xing不bu同tong
，因yin為wei其qi中zhong有you多duo個ge電dian路lu，考kao慮lv的de不bu是shi電dian感gan而er是shi阻zu抗kang，且qie包bao含han除chu了le接jie地di之zhi外wai的de其qi它ta線xian路lu。

例如，在圖17中，從圖中左側供應電源以運行電路1和電路2。電路1和電路2共用電源與接地，且有著公共的阻抗Zp和Zg。
當較大電流流經電路1時，由於公共阻抗導致的電壓下降，電源和接地電壓發生改變。因此電路2接地和連接到此接地的電纜會產生共模噪聲。
在圖中，電路1被定義為噪聲源
，但即使電路2正在運行
，也會在相同的效應下產生公共阻抗噪聲。在這種情況下，噪聲從電路2傳輸到電路1。


(2) 減少公共阻抗噪聲
如圖18所示，有多種方法可通過公共阻抗減少噪聲，包括:
(a)使用較粗的線，以減少共用區域內的阻抗
(b)各電路使用獨立的電源和接地線路，以消除共用區域
(c)使用去耦電容器限製電路1電流
(a)與章節2所述的電流驅動模型具有相同的噪聲抑製效果。

(3) 各電路使用獨立的電源和接地線路
(b)方法使用電源點作為基準點，且各電路連接獨立的接地和電源線路。其中沒有共用線路，消除了公共阻抗噪聲。
例如，當需要控製較大電流的電路（如電機驅動電路）與在較弱信號上運行的電路結合時，就需要使用獨立的電源和接地。[page]

(4) 單點接地
在方法(b)中
，接地線從基準點連接到各終端電路，被稱為單點接地（更準確地說，這是因為並聯連接形成的單點接地）。這個設計原則用於具有相對較低頻率的模擬電路。
除了上述的減少共模阻抗噪聲之外，單點接地也可防止因終端電勢差異導致的不正確運行。有關單點接地的詳細信息
，請參考技術資料 [參考文獻 3,8,9]。
單點接地需要大量線路，這就意味著在製作如圖18(b)所示的PCB時，由於空間的限製
，線路寬度要減小。這會導致高頻範圍內阻抗增加。另外，在 電路間傳輸信號時（例如從電路1傳輸到電路2），接地的設計
，即信號返回路徑會很困難。為此
，該方法並不常用於數字電路。

(5) 去耦電容器
圖18(c)展示了針對電源使用去耦電容器的方法。通過限製電路1和去耦電容器之間的高頻範圍電流
，可以防止對電路2的幹擾。
在電容器運行的高頻範圍內
，去耦電容器是一種有效的方法。若要提高有效頻率的下限，就需要增加電容器的靜電容量。
為減少數字電路中的共模阻抗噪聲，一般在通過增粗線路來降低接地阻抗後，使用一個去耦電容器
，如圖18(a)所示。


連接具有不同平衡水平的傳輸線

(1) 平衡電路和不平衡電路
到現在為止
，接地主要被描述為電壓基準點
，但是在數字電路等不平衡電路中，接地也會作為信號電流的返回路徑。
一般而言，傳輸信號的傳輸線包括平衡電路和不平衡電路。這兩種電路的區別在於相對於接地分配電壓的方式

，如圖19所示。
圖19展示了當線路電壓為1V時接地電壓的分配方式。在(a)平衡電路中，每條線路的電壓為0.5V，但符號相反。相反
，在(b)不平衡電路中
， 外側導體電壓為0V
，而中心導體的電壓為1V。如圖所示，不平衡電路的特征在於總電壓集中於中心導體，但外側導體電壓為0V。


[page](2) 連接具有不同平衡水平的電路
如圖20所(suo)示(shi)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)，將(jiang)平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)的(de)一(yi)條(tiao)線(xian)路(lu)連(lian)接(jie)到(dao)不(bu)平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)的(de)接(jie)地(di)
，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)施(shi)加(jia)了(le)一(yi)半(ban)的(de)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)。接(jie)地(di)中(zhong)產(chan)生(sheng)了(le)電(dian)壓(ya)並(bing)被(bei)轉(zhuan)換(huan)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng) [參考文獻 5]。此時，電路觸點從普通模式轉換為共模，反之亦然。這就是模式轉換 [參考文獻 1]。
圖21給出了三種情況下噪聲發射的測量結果: 當20MHz時鍾信號(a)連接到同軸電纜
，(b)連接到平衡電纜和(c)在中間從同軸電纜變換為平衡電纜時。在各種情況下，電纜的長度均為50厘米。如 圖所示，如果中間不變換電纜
，噪聲發射的電平很低; 但如果變換了電纜


，噪聲發射顯著增加。這是因為電纜觸點處的平衡發生了變化
，這種情況會引起共模噪聲。
請注意，圖21中噪聲電平高於其它測試數據，因此縱軸也相應地改變了。



(3) 平衡-不平衡轉化電路
這樣連接平衡電路和不平衡電路時，通常使用一個被稱為平衡-不平衡轉化電路的不平衡變壓器來防止模式轉換 [參考文獻 5]。圖22給出了一個轉化電路的示例。共模扼流線圈也可以大體上被視為平衡-不平衡轉化電路。也常使用電阻網絡或特定類型的諧振器。[page]
根據圖21(c)所示的測試
，圖23給出了在電纜連接點使用共模扼流線圈的示例。通過使用共模扼流線圈，將噪聲發射抑製到約10到20dB的水平，以防止轉換為共模。



[page]意外的平衡-不平衡連接

(1) 意外的連接導致模式轉換
當連接信號或已經合理設計平衡的電纜（如同軸電纜或LAN電纜）時(shi)，將(jiang)它(ta)們(men)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)很(hen)正(zheng)常(chang)，這(zhe)樣(yang)才(cai)不(bu)會(hui)破(po)壞(huai)平(ping)衡(heng)。但(dan)是(shi)

，一(yi)般(ban)電(dian)路(lu)的(de)結(jie)構(gou)不(bu)會(hui)考(kao)慮(lv)平(ping)衡(heng)，而(er)且(qie)很(hen)多(duo)連(lian)接(jie)中(zhong)可(ke)能(neng)會(hui)意(yi)外(wai)發(fa)生(sheng)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)，如(ru)圖(tu)20(a)所示。圖24給出了常發生這種情況的一個示例。

(2) 扁平電纜或柔性板
如圖24所(suo)示(shi)帶(dai)接(jie)地(di)層(ceng)的(de)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)或(huo)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)被(bei)視(shi)為(wei)相(xiang)對(dui)而(er)言(yan)完(wan)全(quan)不(bu)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)路(lu)。將(jiang)扁(bian)平(ping)電(dian)纜(lan)或(huo)柔(rou)性(xing)板(ban)連(lian)接(jie)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)電(dian)路(lu)時(shi)
，如(ru)果(guo)電(dian)纜(lan)側(ce)有(you)最(zui)小(xiao)接(jie)地(di)的(de)結(jie)構(gou)，可(ke)能(neng)就(jiu)不(bu)會(hui)完(wan)全(quan)不(bu)平(ping)衡(heng)。
在這種情況下，流經電纜的部分普通模式信號會轉換為共模，出現在電纜或電路板接地上並發射噪聲。

(3) 電源電纜或音頻電纜
在電源電纜、音頻電纜和其它類似電纜中

，電源線和接地線的數量基本相同。在結構上而言，這可以被視為平衡電路。當如圖24所示連接到不平衡印刷電路板時，連接區域可能會發生模式轉換。
一yi般ban而er言yan，隻zhi有you直zhi流liu電dian流liu或huo低di頻pin會hui流liu經jing這zhe些xie電dian纜lan
，因yin此ci即ji使shi真zhen的de發fa生sheng模mo式shi轉zhuan換huan，也ye不bu會hui有you什shen麼me問wen題ti。但dan是shi，當dang高gao頻pin範fan圍wei噪zao聲sheng流liu經jing這zhe些xie電dian纜lan時shi，可ke能neng會hui因yin模mo式shi轉zhuan換huan而er產chan生sheng共gong模mo噪zao聲sheng。例li如ru，電dian源yuan電dian纜lan發fa射she開kai關guan電dian源yuan的de開kai關guan噪zao聲sheng。
在連接了類似這些平衡電路的電纜區域，安裝一個適用於共模和普通模式的濾波器，無論是否發生模式轉換，都可以消除噪聲。


[page](4) 連接具有不同接地寬度的MSL
通過圖24中的扁平電纜或柔性板
，無法建立足夠大的接地，導致既不是平衡也不是非平衡的劣質傳輸線。印刷電路板也會遇到這種現象。
例如

，如果使用MSL作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)線(xian)，信(xin)號(hao)線(xian)下(xia)麵(mian)的(de)接(jie)地(di)寬(kuan)度(du)較(jiao)小(xiao)，則(ze)不(bu)會(hui)形(xing)成(cheng)像(xiang)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)一(yi)樣(yang)完(wan)全(quan)不(bu)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)路(lu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)。如(ru)果(guo)普(pu)通(tong)模(mo)式(shi)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)這(zhe)樣(yang)的(de)線(xian)路(lu)，接(jie)地(di)的(de)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)小(xiao)。
當如圖25所示連接具有不同接地寬度的MSL時，左側和右側MSL接地的電壓不同，會在接地之間產生電壓。
若要抑製共模噪聲
，必須限製接地寬度，確保左側和右側MSL的接地寬度不會改變。或者，使用EMI靜噪濾波器提前消除流經信號線的噪聲。
可通過電流分配係數概念解釋限製接地寬度隱含的理論。