图解PCB地线干扰及抑制对策

在电子产品的PCB设计中，抑制或防止地线干扰是需要考虑的最主要问题之一。而许多初学者不了解地线干扰的成因，因此对解决地线干扰问题也就束手无策了。

所谓干扰，必然是发生在不同的单元电路、部件或系统之间，而地线干扰是指通过公用地线的方式产生的信号干扰。

注意这里所提到的信号，通常是指交流信号或者跳变信号。地线干扰的形式很多，有人把它归结成两类：地线环路干扰、公共阻抗干扰，我认为应该还要加上地线环路的电磁偶合干扰，因此是三类。

下图可以很好的说明三类地线干扰的成因。

A1、A2是级联的两个放大电路。由于PCB设计的客观原因，各个电路单元在不同的板面位置，它们之间的连线必然有一定的长度，这就形成了导线(铜铂)电阻。

导线的直流电阻虽然很小，大多数情况都可以忽略，但是对于交流信号来说，其感抗成分就不可以忽略不记，尤其是频率比较高的时候更是如此。

地线同样是导线，因此同样存在阻抗，因此上图中的地线J、K、L、M、N，就不可以简单的看成是等电位连线了，应该把它们各自看成一个电抗元件。有了这个基本概念，就很容易理解三种地线干扰了。

地环路干扰

如图所示，由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地线上产生电压。当电流较大时，这个电压可以很大。例如附近有大功率用电器启动时，会在地线在中流过很强的电流。

比如上图中的“B单元电路”的地线电流，流经地线K、L、(M、J、N)，到达接地零点。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。

具体的说就是“B单元电路”的地线电流，在J、N、L、M形成的“地线环路”中，对放大器A1和A2造成了影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰

地环路电磁耦合干扰

在实际电路的PCB上，J、N、L、M形成的“地线环路”将包围一定的面积，根据电磁感应定律，如果这个环路所包围的面积中有变化的磁场存在，就会在环路中产生感生电流，形成干扰。空间磁场的变化无处不在，于是包围的面积越大干扰就越严重。

公共阻抗干扰

认真考察上图所示的电路结构，我们将发现，J、N、L、M中，有一条连接是多余的，随便去除其一，仍然可以满足各个接地点的连通关系，同时又可以消除地线环路。那么，将哪一条连线去除比较合理呢?这时就要考虑另一类的干扰问题——公共阻抗干扰。

①去除J：这是最差的方案。J去除后地线环路似乎消失了，可是另一个更可怕的环路又形成了(I、N、L、M)，其中I是信号线，因此干扰比原来有线J时还要严重。

②去除M：环路消失，但是我们发现，此时放大器A2的地线电流需要流过J、N到达接地零点，注意N段是A1和A2共同的接地线，因此A2接地电流在N上形成的电压降就加到了A1上，形成干扰。这种因共用一段地线而形成的干扰称为“公共阻抗干扰”。

③去除L：不仅不能解决A2与A1之间的公共阻抗干扰问题，还引起了“B单元电路”与A1、A2之间的公共阻抗干扰问题。

④去除N：看来这是最后的方法。其实这样做将使M成为A1、A2的“公用阻抗”，同样形成干扰。还是存在问题!但是，我们注意到，此法中的干扰是A1对A2的干扰，A2是后级，工作信号强度远大于A1，因此A1对A2的干扰，很难造成不良后果。

最合理的走线方案是：去除N，然后将M的下端直接连到“接地信号零点”上。

小结

地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。

在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当两个电路共用一段地线时，会形成公共阻抗耦合。

解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗。