長(zhǎng)線傳輸與接地技術(shù)專題課件

長(zhǎng)線傳輸與接地技術(shù)專題1.長(zhǎng)線傳輸干擾與抑制方法2.接地技術(shù)1.長(zhǎng)線傳輸干擾與抑制方法（1）長(zhǎng)線傳輸干擾①長(zhǎng)線的“長(zhǎng)”是相對(duì)的：取決于集成電路的運(yùn)算速度（速度越快，絕對(duì)長(zhǎng)度越短）。②信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號(hào)延時(shí)，三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。波反射產(chǎn)生的原理阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。（2）長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度。傳輸線與負(fù)載不匹配：傳輸線功率容量降低；增加傳輸線的衰減如果信號(hào)源與傳輸線不匹配，不僅會(huì)影響信號(hào)源的頻率和輸出的穩(wěn)定性，而且信號(hào)源不能給出最大功率。因此，微波傳輸系統(tǒng)一定要作到阻抗匹配。①終端匹配②始端匹配①終端匹配在（a）中，如果傳輸線的波阻抗是RP，那么當(dāng)R=RP時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了終端匹配，消除了波反射。此時(shí)終端波形和始端波形的形狀相一致，只是時(shí)間上遲后。由于終端電阻變低，則加大負(fù)載，使波形的高電平下降，從而降低了高電平的抗干擾能力，但對(duì)波形的低電平?jīng)]有影響。在（b）中，等效電阻R為R=R1R2/(R1+R2)適當(dāng)調(diào)整R1和R2的阻值，可使R=RP。這種匹配方法也能消除波反射，優(yōu)點(diǎn)是波形的高電平下降較少，缺點(diǎn)是低電平抬高，從而降低了低電平的抗干擾能力。為了同時(shí)兼顧高電平和低電平兩種情況，可選取R1=R2=2RP，此時(shí)等效電阻R=RP。實(shí)踐中，寧可使高電平降低得稍多一些，而讓低電平抬高得少一些，可通過適當(dāng)選取電阻R1和R2，使R1＞R2達(dá)到此目的，當(dāng)然還要保證等效電阻R=RP。等效電路②始端匹配在傳輸線始端串入電阻R，如圖所示，也能基本上消除反射，達(dá)到改善波形的目的。一般選擇始端匹配電阻R為R=RP-PSC，其中RSC為門A輸出低電平時(shí)的輸出阻抗。2．接地技術(shù)“地”是電路或系統(tǒng)中為各個(gè)信號(hào)提供參考電位的一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面；“接地”就是將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面之間用低電阻導(dǎo)體連接起來，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電位。(1)地線系統(tǒng)分析什么是地線？電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”（安全地），另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”（信號(hào)地）?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢粸榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地相連接。接地就是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線；后者是為了保證電路正確工作所設(shè)置的地線，造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地。在進(jìn)行電磁兼容問題分析時(shí)，對(duì)地線使用下面的定義：“地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑?！?.2安全地的連接

安全地與信號(hào)地安全地與信號(hào)地是區(qū)別的，信號(hào)地實(shí)際是為系統(tǒng)之間信號(hào)的傳輸提供的參考電位，信號(hào)地線上電位不一定要求與大地的電位保持一致，信號(hào)地線僅僅為信號(hào)電流提供了一條輸送返回電流的傳輸路徑，是系統(tǒng)之間信號(hào)傳輸?shù)墓猜窂?，保證了系統(tǒng)之間信號(hào)的傳輸?shù)目煽?。而安全地是為了保證系統(tǒng)或人身的安全而設(shè)置的，安全地一般要求通過導(dǎo)線與大地直接相連接。安全地線上的電位要與大地的電位保持一致。接地理論分析，低頻電路應(yīng)單點(diǎn)接地，高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地。當(dāng)頻率小于1MHz時(shí)，可以采用單點(diǎn)接地方式；（因?yàn)椴季€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)頻率高于10MHz時(shí)，可以采用多點(diǎn)接地方式。（因?yàn)榻拥匾€的感抗與頻率和長(zhǎng)度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，必將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長(zhǎng)度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地）在1至10MHz之間，如果用單點(diǎn)接地時(shí)，其地線長(zhǎng)度不得超過波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)使用多點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地的目的是避免形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電流會(huì)引入到信號(hào)回路內(nèi)引起干擾。地環(huán)路產(chǎn)生的原因：地環(huán)路干擾發(fā)生在通過較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是設(shè)備之間的地線電位差，地線電壓導(dǎo)致了地環(huán)路電流，由于電路的非平衡性，地環(huán)路電流導(dǎo)致對(duì)電路造成影響的差模干擾電壓?；亓鞣▎吸c(diǎn)接地：模擬地、數(shù)字地、安全地(機(jī)殼地)的分別回流法?；亓骶€往往采用匯流條而不采用一般的導(dǎo)線。匯流條是由多層銅導(dǎo)體構(gòu)成，截面呈矩形，各層之間有絕緣層。采用多層匯流條以減少自感，可減少干擾的竄入途徑。安全地(機(jī)殼地)始終與信號(hào)地(模擬地、數(shù)字地)是浮離開的。這些地之間只在最后匯聚一點(diǎn)，并且常常通過銅接地板交匯，然后用線徑不小于300mm2的多股銅軟線焊接在接地極上后深埋地下。(2)低頻接地技術(shù)

①一點(diǎn)接地方式信號(hào)地線的接地方式應(yīng)采用一點(diǎn)接地，而不采用多點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地主要有兩種接法：即串聯(lián)接地(或稱共同接地)和并聯(lián)接地(或稱分別接地)。各自的優(yōu)缺點(diǎn)：從防止噪聲角度看，如圖所示的串聯(lián)接地方式是最不適用的，由于地電阻r1、r2和r3是串聯(lián)的，所以各電路間相互發(fā)生干擾。并聯(lián)接地方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是需要連很多根地線，用起來比較麻煩。(3)通道饋線（電纜）的接地技術(shù)

①電路一點(diǎn)地基準(zhǔn):一個(gè)實(shí)際的模擬量輸入通道，總可以簡(jiǎn)化成由信號(hào)源、輸入饋線和輸入放大器3部分組成。如圖所示的將信號(hào)源與輸入放大器分別接地的方式是不正確的。這種接地方式之所以錯(cuò)誤，是因?yàn)樗粌H會(huì)遭致磁場(chǎng)耦合的影響，而且還會(huì)因A和B兩點(diǎn)地電位不等而引起環(huán)流噪聲干擾。忽略導(dǎo)線電阻，誤認(rèn)為A和B兩點(diǎn)都是地球地電位應(yīng)該相等，是造成這種接地錯(cuò)誤的根本原因。為了克服雙端接地的缺點(diǎn)，應(yīng)將輸入回路改為單端接地方式。當(dāng)單端接地點(diǎn)位于信號(hào)源端時(shí)，放大器電源不接地；當(dāng)單端接地點(diǎn)位于放大器端時(shí)，信號(hào)源不接地。在導(dǎo)線的屏蔽中，主要針對(duì)電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合。而下面，將從如何克服地環(huán)流影響的角度來分析和解決接地問題。②電纜屏蔽層的接地:當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如欲將屏蔽一點(diǎn)接地，則應(yīng)選擇較好的接地點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與一個(gè)接地的(即使不是接大地)放大器相連時(shí)，輸入線的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端；當(dāng)接地信號(hào)源與不接地放大器相連時(shí)，即使信號(hào)源端接的不是大地，輸入線的屏蔽層也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。(4)主機(jī)外殼接地但機(jī)芯浮空為了提高計(jì)算機(jī)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽罩接地。而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機(jī)內(nèi)信號(hào)地浮空這種方法安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)，但制造工藝復(fù)雜，一旦絕緣電阻降低就會(huì)引入干擾。(5)多機(jī)