电源设计细节：DC-DC转换器之接地环路详解

DC-DC转换器为整个系统中的各个电路供电。尽管每个电路在测试台上可能表现很好，但系统整体性能却往往达不到各个电路的性能效果。这是为什么?有许多潜在因素，而系统中各个电路的整体接地系统是首要原因。设计师需要非常清楚每个电路如何接地，系统中是否存在接地环路。

当两个电路和/或系统之间存在一个以上对地连接时就构成了接地环路。重复接地通道相当于形成一个接收接口信号的环形天线(电流通过接地电阻转换成电压)。接收接地环路感应电压的后果是，随着感应电压的叠加造成系统对地基准电压不稳。这些感应噪声电压会成为整个系统响应的一部分。

此外，接地环路形成一条共用线，导致接地电流经一个以上通道回到系统对地端接地极原点。例如，多台计算机的电源通过公共办公布线配置中的接地彼此连接在一起，但也可以通过数据通信布线连接。因此，计算机彼此之间往往通过一条以上接地通道连接。多台计算机之间存在多条接地通道时，其形成的配置称为“接地环路”。每当出现接地环路时，接地基准点会接收叠加信号，形成系统干扰和噪声。

当系统中的某些组件由不同的地线，而不是系统中其他组件供电，或系统中两个电路之间对地电位不一样时，测量、通信或视频系统会产生接地环路。通常，对地连接的电位差会造成电流流动。这样会调制电路输入，正常输入中出现其他信号。图1所示例子中，两个接地仪器通过信号线接地，以及主地线互连。这种情况下，线路中1A电流会在两个仪器接地点之间形成0.1V电压差。

图1 典型的接地环路

由于仪器之间存在电压差，互连导线中的信号会将这种压差加入信号中，造成导线出现电压“交流声”。这是音频信号中听到60 Hz噪声(或视频信号出现水平干扰)的一个原因。另一个问题是信号线缆地线中流动的电流。这种电流也会传入线缆和设备。设计师总是注意接地端的接地，却往往未优化设计，从而消除本底噪声的灵敏度。因此，正确设计系统内部接地线路时，确保接地环路电流不会造成系统产生问题是最基本的要求。

另一个例子，接地环路是多个音频-可视系统组件连接在一起时的常见问题。音频系统常见的噪声往往是接地环路问题造成的。此外，可闻“交流声”也是典型的接地环路问题(当然，这取决于所在国家使用的AC电源电压频率)。当然，接地环路问题最常见的例子是，系统使用与插座连接的仪器，而另一台仪器连接房间中其他位置不同的接地插座。

理想情况下，一个房间中的每个系统应连接到同一个接地端，信号/天线网络最终也连接到同一接地点。这是理想的，因为系统和每个仪器的接地是由同一接地基准点对点连接(中央地线星状连接模式)。这种情况下，必须考虑某些设备(和系统)还采用屏蔽线链接。电流从一台设备经地线流入另一台设备，然后通过屏蔽线返回第一台设备。这个环路也会拾取附近磁场和射频发射器(如手机)的干扰。结果，听到被放大的不需要的信号。

顺便指出，接地环路在以下情况下不会产生问题：

1)环路中的导线不传送电流：

2)环路未暴露在外部变化的磁场下：

3)附近没有射频干扰。

如果地线中有电流流动，当存在一定电位差时会产生噪声干扰。此外，很小的电压差也会在信号中加入噪声。这种情况会造成音频交流声、视频干扰图像和计算机网络传输误差。

良好的模拟系统设计、模拟系统测试测量需要认真设计系统接地通道，避免出现接地环路。