通过上节的学习,我们认识了地线实际上是信号电流的回流路径的本质,并且对导体的阻抗及信号回路的阻抗的概念也有了深刻的认识,这对于我们认识地线形成的干扰问题就十分方便了。
由于信号电流都是经地线流回信号源的,而地线导体肯定会有一定的阻抗,因此地线上就必然会产生电压降。需要指出一点,流过地线的电流频率与信号的频率是完全一致的。而信号频率可能很高,因此导体的高频阻抗可能很大。由此产生的电压降也可能很大,导致地线上不同位置的电压会相差很多。这样就造成了实际情况与设计电路时的理论条件不符合,因此电路必然会出现问题。这就是地线干扰问题的实质。因此,有时在调试电路时会发现将电路换个接地位置,干扰问题就没有了,那是因为更换以后的地线位置正好是电位差最小的位置,从而消除了干扰。图3-7所示是地线电位的真实情况。
图 3-7 所示的电位图就像是一个地形图,海平面以上的地形高低不平。实际上,连接到地线上的电路是动态工作的,电流可能会时大时小,因此电位也是变化的,把地线上的电位比作海洋中此起彼伏的波浪,各种电路就是海洋中航行的船只更为形象。当波浪很大时,小船就会不稳,甚至翻船,而大船则很平稳。当大船靠近小船时,小船也会受到影响;连接到地线上的模拟电路相当于比较小的船,而控制电路和数字电路就相当于比较大的船,功率驱动电路相当于更大的船,它们之间很容易产生相互干扰。
图3-7 地线电位的真实情况
如果对不同的电路进行分割,使每一类电路处于一个电位相对稳定的区域,就可以避免不同电路之间的相互干扰了。
还有一个原因会导致地线问题,那就是地线电流的不确定性。结合图 3-6 所示的试验,可以总结出地线电流的特性:地线电路会自动选择阻抗较低的路径回到信号源,人为设计的导线并不一定就会成为真正的地线。因此,实际上地线电流处于一种失控的状态,我们不能确定实际的地线电流。这就是为什么一旦出现了与地线相关的干扰问题,就很难分析和解决的真正原因。实际上地线回路中除了电阻、电感成分以外,还有各种分布电容,当频率较高时,这些分布的电容具有很小的阻抗,往往成为地线电流的真正路径。