什么是“共阻干擾” ？為什么要單點(diǎn)接地？資料下載

1、本文出發(fā)點(diǎn) 本文基于上次本公眾號發(fā)布的“?噪聲的起源” 一文所提到的噪聲產(chǎn)生的原理， 進(jìn)一步論述簡單而實(shí)用的應(yīng)用：數(shù)?；旌?a target='_blank' class='arckwlink_none'>音頻系統(tǒng)中最簡單的規(guī)避地噪聲手段—— “單點(diǎn)接地”。讓讀者明白“為什么要單點(diǎn)接地” 。希望讀者著重認(rèn)清單點(diǎn)接地的原理，從而化用、推廣到其他地方，而不是簡單地記住本文中所提到的例子。 本文內(nèi)容較多是作者本人的感悟、實(shí)踐的結(jié)論， 可能有不當(dāng)之處， 故請廣大讀者僅作討論使用。? 2、本文適用的讀者 “單點(diǎn)接地”是否有似曾相識的感覺？ 假如你現(xiàn)在的情況是“聽說過單點(diǎn)接地， 但是不知道具體應(yīng)該如何單點(diǎn)接地；或者大致知道如何單點(diǎn)接地，但是不能清楚地理解單點(diǎn)接地的原理” 。那么很幸運(yùn)，本文為你而寫！ 3、共阻干擾存在的幾種形式 本文重點(diǎn)是：講述了共阻干擾的幾種常見形式，會產(chǎn)生幾種經(jīng)典后果：干擾會被放大后輸出、干擾被衰減后輸出、干擾被原原本本地輸出等。 （地線）共阻干擾存在的根本原因是： （地）導(dǎo)線存在阻抗，且干擾與被干擾信號有共同的信號回路。（什么是“信號回路”，在“噪聲的起源” 已經(jīng)解釋。） 3.1、共阻干擾的幾種形式 3.1.1、完全沒有共阻噪聲 理想狀態(tài)，導(dǎo)線無阻抗、分布參數(shù)，不存在噪聲。Av-niose = 0 ： 如圖3.1-1，理想狀態(tài)下， Vout = 100*Vin，輸出沒有噪聲。 3.1.2、共阻噪聲最糟糕的狀態(tài) 最壞的布線情況，噪聲會被“加倍放大” 。Av-niose >> 1 ： 3.1-2 如圖3.1-2，由于AB點(diǎn)在PCB板上是一段銅箔， 不可避免存在阻抗（雖然銅的電阻率極小），假設(shè)其阻抗為R5。模擬輸入信號的回路經(jīng)過A——B段，當(dāng)有數(shù)字電流I1_niose 地回路流經(jīng)A——B點(diǎn)時， R5既是模擬信號的回流地電阻，也是數(shù)字電路信號的回流地電阻，這個導(dǎo)線電阻由模擬、數(shù)字“共享” ，故稱為共阻。而數(shù)字信號經(jīng)過R5會產(chǎn)生V1_niose，這個V1_niose電壓將會疊加在干凈的模擬輸入信號上，造成輸入信號的污染（干擾） ，故把這種—— 因?yàn)橛泄餐亓髀窂蕉a(chǎn)生的干擾現(xiàn)象叫“共阻干擾” 。 由于該電路放大的是BF端的電壓。（而不僅僅是AF端，如果不明白這一點(diǎn)，必須重新學(xué)習(xí)功放?。┧訴out=（Vin V1_niose）*100，其中輸出噪聲部分的信號是V1_niose*100！——可見，噪聲被加倍放大了?。?！這是共阻噪聲最為嚴(yán)重的一種狀況！ 經(jīng)驗(yàn)性現(xiàn)象解釋：有人說：銅的電阻率這么低，即使V1_niose 放大一百倍也聽不到，因?yàn)橛?a href='http://wenjunhu.com/v/tag/577/' target='_blank' class='arckwlink_none'>示波器根本沒有看到噪聲的存在！而且數(shù)字噪聲一般不在20—— 20KHz人耳可聽見范圍！ 這個說法好像有道理，但是實(shí)際和理論都是不對的。原因如下： （1）人耳朵在安靜環(huán)境中， 通過耳機(jī)，人們能清楚地聽到毫伏級（幾毫伏）的音頻噪聲信號，而普通示波器一般無法捕捉到這么微弱的波形。因?yàn)槠胀ǖ臄?shù)字示波器接上探頭后顯示在屏幕上的噪聲電平有20mV 左右，非常昂貴的示波器在拔掉探頭的情況下，顯示在屏幕上的底噪才可能小于1mV。所以人耳朵能聽到噪聲但是示波器看不到，這很正常。（2）即使數(shù)字電路本身工作頻率遠(yuǎn)超過20KHz，但MCU內(nèi)部模塊間的啟動關(guān)閉動作的頻率有可能落在音頻范圍。而且，即使大于20KHz的數(shù)字信號，經(jīng)過導(dǎo)線的分布電感與分布電容“濾波”后，形成V1_niose 將落在音頻范圍。這是我們能聽到數(shù)字噪聲的原因。 3.1.3、共阻噪聲1:1 放大輸出 干擾不被放大、直接呈現(xiàn)在輸出端。Av-niose = 1： 3.1-3 如圖，若數(shù)字噪聲只流過R8，那么Vout=Vin*100 V2_niose，存在數(shù)字噪聲，但是噪聲沒有被放大， 所以一般情況下， 數(shù)字噪聲不明顯， 只是是在安靜的環(huán)境中可能可以聽得到。 3.1.4、共阻干擾被衰減后輸出 干擾會被功放器件抑制， Av-niose << 1 ： 如圖，假如在數(shù)字電路端單點(diǎn)接地。那么，數(shù)字噪聲V3_niose 可以直接回流到電源，并沒有流經(jīng)功放區(qū)域， （其實(shí)深究起來，還是有非常微小的部分噪聲流經(jīng)EC段PCB，并從其他路徑構(gòu)成回路，但是這個影響非常小?；芈仿窂饺绾涡纬?？根據(jù)“噪聲的起源”章節(jié)中的內(nèi)容，其實(shí)足以領(lǐng)悟出來。）所以不會造成地線的共阻干擾噪聲。但是，有兩點(diǎn)值得擔(dān)心的： （1）電源不是理想的電源，會存在“內(nèi)阻” ，所以數(shù)字電路會通過“干擾公共的電源從而干擾功放” ——幸運(yùn)的是， 這個干擾非常小， 一般情況下都不會引起系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲，原因是：功放的電源紋波抑制比一般非常高！ （2）C與E之間同樣是銅箔，實(shí)際上也存在內(nèi)阻！這段地線也會產(chǎn)生共阻干擾。但是，實(shí)際上采用這種布線方式也不會出現(xiàn)干擾問題，原因是：一、其阻抗引起的干擾相當(dāng)于電源抖動的干擾， 而功放有一定的電源紋波抑制能力（這個是地紋波抑制， 實(shí)際測試過的一些芯片， 都是電源紋波抑制能力比地紋波抑制能力好，這應(yīng)該與Bypass電路有關(guān)，有興趣者可以深究） 。二、這個干擾一般是聲音較大時干擾才比較大，但是聲音大后，噪聲會被音樂“蓋住” ，所以人感受不到噪聲的存在。 3.1.5、在電路板上不會存在地噪聲 如圖3.1-5，電池、數(shù)字地、模擬地的單點(diǎn)接地點(diǎn)都接在C、E點(diǎn)的重合處。這樣接地，在電路板上不會出現(xiàn)噪聲， Av-niose=0 。（但是，電池接上后，同樣會產(chǎn)生“ 3.1.4”的類似情況，因?yàn)槊總€電源都有內(nèi)阻。這個讀者自行構(gòu)建模型分析?。? 無論如何， 對于圖中的電路， 這已經(jīng)是最好的接地方式了！ 而且這種接地方式從未出現(xiàn)過噪聲！ 3.2、敏感點(diǎn)與不敏感點(diǎn) 由3.1 的內(nèi)容知道， PCB走線不當(dāng)，噪聲會被“成倍放大” 、或會被“ 1 倍放大”。產(chǎn)生這種狀況說明：對于音頻功放放大電路， PCB上存在“地噪聲敏感點(diǎn)和不敏感點(diǎn)”（或者說是敏感段） 。 3.2.1、地噪聲敏感段PCB 圖3.1-2 的AB段的噪聲會被成倍放大， 所以AB段是“地噪聲敏感段PCB”，經(jīng)過敏感段PCB的數(shù)字地噪聲將會被“加倍放大”后輸出。 之所以會被加倍放大，是因?yàn)樵肼曅盘柦?jīng)過功放的前端放大電路的地回流，這段PCB對應(yīng)于實(shí)際應(yīng)用中的很多功放的“ Bypass電容接地點(diǎn)（如圖3.1-2 中B點(diǎn)）與功率地（如圖3.1-2 中C點(diǎn)）之間的PCB”。也就是： BC間的PCB連走線極有可能成為地噪聲敏感段PCB。