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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2021-04-26 15:37:28 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
本文簡(jiǎn)要介紹了稱重顯示控制器地線阻抗隨頻率升高而增大的特性,分析了地線環(huán)路及公共阻抗干擾機(jī)理及其抑制解決方法。
對(duì)于稱重顯示控制器而言,接地是控制干擾的重要方法。設(shè)計(jì)良好的地線既能提高抗擾度,又能減小電磁發(fā)射。在稱重顯示控制器設(shè)計(jì)的初始階段同時(shí)進(jìn)行地線設(shè)計(jì),把大部分問題解決在設(shè)計(jì)定型 之前可得到最高的效費(fèi)比1地線的定義什么是地線?一個(gè)比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。這里要求 的是“低阻抗”和“通路”。這個(gè)定義中突出了地線中電流的流動(dòng)。按照這個(gè)定義,很容易 理解地線中電位差的產(chǎn)生原因。因?yàn)榈鼐€的阻抗總不會(huì)是零,當(dāng)一個(gè)電流通過有限阻抗時(shí), 就會(huì)產(chǎn)生電壓降。 2 地線的阻抗 地線的阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流的阻抗,這個(gè)阻抗主要是由導(dǎo)線的電感引起 的,而非直流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流呈現(xiàn)的電阻。任何導(dǎo)線都有電感,當(dāng)頻率較高時(shí),導(dǎo)線的阻 抗遠(yuǎn)大于直流電阻。在實(shí)際電路中,造成電磁干擾的信號(hào)往往 是脈沖信號(hào),包含豐富的高頻成分,因此會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電壓。數(shù)字電路的工作頻率 是很高的,因此地線阻抗對(duì)數(shù)字電路的影響是十分可觀的。
將 10Hz 時(shí)的阻抗近似認(rèn)為是直流電阻,可以看出當(dāng)頻率達(dá)到 10MHz 時(shí),1m 長(zhǎng)導(dǎo)線的阻 抗是直流電阻的 1000 倍至 10 萬倍。因此射頻電流流過地線時(shí)的電壓降是很大的。 增加導(dǎo)線的直徑對(duì)減小直流電阻是有效的,但對(duì)減小交流阻抗的作 用很有限。在電磁兼容中人們最關(guān)心的交流阻抗。為了減小交流阻抗,一個(gè)有效的辦法是多 根導(dǎo)線并聯(lián)。當(dāng)兩根導(dǎo)線并聯(lián)時(shí),其總電感 L為1.
L=(L1+M)/2 式中,L1是單根導(dǎo)線的電感,M 是兩根導(dǎo)線之間的互感。 從式中可以看出,當(dāng)兩根導(dǎo)線相距較遠(yuǎn)時(shí),它們之間的互感很小,總電感相當(dāng)于單根導(dǎo) 線電感的一半,因此可以通過多條接地線來減小接地阻抗。但要注意的是,多根導(dǎo)線之間的 距離不能過近。 3 地線干擾機(jī)理及其解決方法 3.1 地環(huán)路干擾 如前所述,任何地線都有阻抗,當(dāng)有電流通過時(shí)地線上必然產(chǎn)生壓降,即兩個(gè)不同的接 地點(diǎn)之間必然存在地電壓。當(dāng)電路多點(diǎn)接地、而各電路間又有信號(hào)聯(lián)系時(shí),即構(gòu)成地環(huán)路。由于電路的不平衡性,每根導(dǎo)線上的電流不同,因此會(huì)產(chǎn)生差模電壓對(duì)電路造 成影響。地環(huán)路中的電流還可以由外界電磁場(chǎng)感應(yīng)出來。
3.2 地環(huán)路抗干擾解決方法
地環(huán)路
解決地環(huán)路干擾的基本思路有:一是減小地線阻抗,從而減小干擾電壓。另一個(gè)是增加 地環(huán)路的阻抗,從而減小地環(huán)路電流。當(dāng)阻抗無窮大時(shí),實(shí)際是切斷了地環(huán)路。也可采用平 衡電路。
3.2.1 減小地線阻抗 減小地線阻抗的核心問題是減小地線的電感。這包括使用扁平導(dǎo)體作地線和用多條相距 較遠(yuǎn)的并聯(lián)導(dǎo)體作接地線。印刷線路板雙層板上布地線網(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。
3.2.2 增加地環(huán)路阻抗
增加地環(huán)路阻抗有以下幾種方式可供參考. ① 將一端設(shè)備浮地 如果將一端電路浮地,就切斷了地環(huán)路,因此可以消除地環(huán)路電流。但有兩個(gè)問題需要 注意:一個(gè)是出于安全的考慮,往往不允許電路浮地,這時(shí)可以將設(shè)備通過一個(gè)電感接地。 這樣對(duì)于 50Hz 的交流電流設(shè)備而言接地阻抗很小,而對(duì)于頻率較高的干擾信號(hào)則設(shè)備接地 阻抗較大,減小了地環(huán)路電流。但這樣做只能減小高頻干擾的地環(huán)路干擾;另一個(gè)問題是, 盡管設(shè)備浮地,但設(shè)備與地之間還是有寄生電容,在頻率較高時(shí)會(huì)提供較低的阻抗,因此并 不能有效地減小高頻地環(huán)路電流。 ② 使用變壓器實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連接 利用磁路將兩個(gè)設(shè)備連接起來,可以切斷地環(huán)路電流。但要注意,變壓器初次級(jí)之間的 寄生電容仍然能夠?yàn)轭l率較高的地環(huán)路電流提供通路,因此變壓器隔離的方法對(duì)高頻地環(huán)路2電流的抑制效果較差。提高變壓器高頻隔離效果的一個(gè)辦法是在變壓器的初次級(jí)之間設(shè)置屏 蔽層。但一定要注意隔離變壓器屏蔽層的接地端必須是在接受電路一端,否則,不僅不能改 善高頻隔離效果,還可能使高頻耦合更加嚴(yán)重。因此,變壓器要安裝在信號(hào)接收設(shè)備的一側(cè)。 經(jīng)過良好屏蔽的變壓器可以對(duì) 1MHz 以下的頻率提供有效的隔離。 ③ 使用光隔離器 另一個(gè)切斷地環(huán)路的方法是用光實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。這是解決地環(huán)路干擾問題最理想的方 法。光連接有兩種方法:一種是光耦器件;另一種是用光纖連接。光耦的寄生電容一般為 2pf, 能夠?qū)芨叩念l率提供良好的隔離。光纖幾乎沒有寄生電容,但安裝、維護(hù)、成本等方面都 不如光耦器件。 ④ 使用共模扼流圈 在連接電纜上使用共模扼流圈相當(dāng)于增加了地環(huán)路的阻抗,在一定的地線電壓作用下地 環(huán)路電流會(huì)減小。但要注意控制共模扼流圈的寄生電容,否則對(duì)高頻干擾的隔離效果很差。 共模扼流圈的匝數(shù)越多,則寄生電容越大,高頻隔離的效果越差。
3.2.3平衡電路
兩導(dǎo)體及與之相連的電路相對(duì)于地線或其他參照物具有相同的阻抗。典型的平衡電路是 差分放大器。但是由于分布參數(shù)的影響,在高頻時(shí)很難保證兩導(dǎo)體的阻抗完全相同。這意味 著平衡電路對(duì)高頻的地環(huán)路干擾抑制效果較差。
3.3 公共阻抗干擾
當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí),由于地線的阻抗,一個(gè)電路的地電位會(huì)受另一個(gè)電路工作 電流的調(diào)制。這樣一個(gè)電路中的信號(hào)會(huì)耦合進(jìn)另一個(gè)電路,這種耦合稱為公共阻抗耦合。
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)公共阻抗耦合的問題。
3.4 解決公共阻抗耦合的方法 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,從而可控制公共阻抗耦合;另一個(gè)方法是通過適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫?互干擾的電路共用地線。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。 稱重顯示控制器電路有單點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地以及混合類型的接地等多種接地方式。在低頻電路 中,信號(hào)的工作頻率小于 1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán) 流對(duì)干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地;當(dāng)信號(hào)工作頻率大于 10MHz 時(shí),地線阻抗變得 很大,此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗,宜采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在 1~10MHz 時(shí),如果 采用一點(diǎn)接地,其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過波長(zhǎng)的 1/20,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。通常將電路按照強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等分類,然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地,不同類型的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。
結(jié)束語
地線造成對(duì)稱重儀表的電磁干擾的主要原因是地線存在阻抗,當(dāng)電流流過地線時(shí)會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓 -地線噪聲。在這個(gè)電壓的驅(qū)動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生地線環(huán)路電流,形成地環(huán)路干擾。當(dāng)兩個(gè)電路共用 一段地線時(shí)會(huì)形成公共阻抗耦合。解決地環(huán)路干擾的方法有切斷地環(huán)路、增加地環(huán)路的阻抗、使用平衡電路等。解決公共阻抗耦合的方法是減小公共地線部分的阻抗。
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