无噪声接地什么意思

1.装置配线技术与信号电缆的选择

正确设计布线系统、正确选择传感器和正确设计信号处理装置是一个重要的问题。目前国内外工业控制技术的发展动向主要有3个方面：①趋向计算机化，即智能化；②工业控制系统体积小型化；③采用标准化、通用化的组合系统。但是，干扰信号通过各种线缆侵入电控装置所占的比例可达90％以上，因而控制装置的配线技术是首先应该考虑的。对于静电噪声，可在信号线上包一层导体屏蔽层，若将屏蔽层两端接地则效果更好。各种信号电缆的静电屏蔽效果见表14－1。

表14－1 各种信号电缆的静电屏蔽效果

对于电磁感应噪声，配线应尽量使信号线远离强电线，以便减小互感，减小电磁感应噪声。信号电缆还可用导磁体来屏蔽，并使屏蔽的两端接地。各种信号电缆的电磁屏蔽效果见表14－2。

表14－2 各种信号电缆的电磁屏蔽效果

除此之外，采用双绞信号线对抑制噪声也很有效，因为它们能产生方向相反的感应电压，所产生的磁通相互抵消。

一般说来，从传感器输出的微弱信号需用放大器先进行放大，理想的方法是将这些放大器用双屏蔽层加以防护，即让输入信号的模拟地 “浮空”，不与任何点连接，而在它们的外面套上一个屏蔽盒，外屏蔽盒并不与屏蔽线的屏蔽层连接。

降低外部噪声或混入噪声的方法举例：降低外部噪声和传感器电路噪声的方法是在它们之间实行静电屏蔽，具体做法如图14－2所示，把传感器的输出线拧在一起，这样，可以减小磁力线耦合感应的影响。

图14－2 静电屏蔽方法

1—传感器；2—拧线；3—放大器

下面主要讨论设备内部抗干扰的布线问题。

布线包括印制电路板的布线和电气控制箱走线。合理的走线就是要设法减小电路的分布电容、杂散的电磁场所引起的干扰。

（1）强弱信号线分开，高低压电路分开

强电信号线与弱电信号线捆扎在一起或互相平行且走线距离过长，都可能把50Hz的干扰信号传给回路。在一般仪器或设备中都将交流220V电源通过面板开关又返回变压器。在这种情况下采用双绞线结构如图14－3所示，或用屏蔽线将电源线屏蔽。这时一般采用双芯屏蔽线，且金属网一端接地，如图14－4所示。

图14－3 双绞线结构

图14－4 双芯屏蔽线结构

（2）大、小电流分开

电路中有电流流过就会产生磁场，流过的电流越大，产生的电磁场越强。有大电流工作的回路，必将是一个大的电磁干扰源，特别是在频率较高时，这种影响更为显著。因此，在设计电路时，应注意将大电流与弱电流回路分开走线，以避免强信号对弱信号产生干扰。在无法完全分开的情况下，应尽量缩短大电流回路的长度和减小环路的面积。从图14－5中可知，对于同样的电路，图 （b）要比图 （a）优越。

（3）印制线路板的走线

印制板是整个电路设计的重要环节。一般而言，对于信号回路，印制板铜箔条的相互距离要有足够的尺寸，而且这个尺寸要随信号频率的升高而增大，尤其是频率极高或前沿十分陡的脉冲电路更要注意，这是由于印制板铜箔条之间有分布电容的存在。设计线路时，有时布线要平行走线，从抗干扰的角度要注意如下工艺：

图14－5 减少电流干扰的方法

①采用隔离走线。在许多不得不平行走线的电路中可先考虑采用如图14－6所示的方法，即两条信号线中加一条接地的隔离走线。

②采用短接线。在线路无法排列或只有绕大圈才能走通的情况下，干脆用绝缘 “飞线”连接，而不用印制线，或采用双面板印制飞线，或用阻容元件引线直接跨接，如图14－7所示。

图14－6 隔离地线的敷设

图14－7 双面板印制飞线

③采用屏蔽线。如前所述，也可采用将信号回路屏蔽或将干线屏蔽的方法，将屏蔽线外的金属网接地，从而达到抑制干扰的目的。

2.接地技术

在测量仪器和控制装置中，接地技术是抗干扰性能优劣的关键。接地有两种目的：一种是保护性接地，另一种则用于防止噪声的抗干扰。在控制系统中，地线的种类可分为模拟地、信号地、电源地、屏蔽地 （也叫机壳地）以及直流地、计算机地等。这些不同的地线如何处理，是浮地还是接地，是一点接地还是多点接地等，都是值得研究的问题。

若把信号地、模拟地、计算机地、各机架的电源地隔离开，且使它们在系统接地网络中呈放射状排列，最后汇总到系统基准地，就能防止干扰。系统基准地的接地电阻应尽量小于2.5Ω，各系统内部的各个地要采用并联形式，以免形成回路，如图14－8所示。

图14－8 系统基准地的连接方法

理想情况下一个系统的所有接地与大地之间应具有零电阻抗。但实际上系统与大地之间总有一定阻抗而产生电压降。另外，电容及电感耦合干扰等使系统各接地点电位不同，如图14－9所示。图14－9（a）所示出信号源 （热电偶、应变片等传感器）的现场地与系统地处于不同电位。两个地之间的共模噪声电压UCM产生的地回路电流对系统构成干扰。图14－9（b）中即使信号源外壳接地，地电位差UCM仍会通过信号源与其外壳之间分布电容C1及外壳对地分布电容C2耦合而影响系统。因此，系统良好的接地是抑制外部噪声最重要的措施之一。

图14－9 共模噪声电压UCM产生的地回路电流对系统构成干扰

在测量装置中，由信号源 （或传感器）发出的几十毫伏的微弱信号，经放大器与变换器到控制装置 （或计算机）模拟地的接法极为重要。测量装置的信号放大器公共地线不接外壳或大地则称浮置。测量线路被浮置后，明显加大了系统信号放大器公共地与地 （或外壳）之间的阻抗，短接干扰电流流经自己的通路，如图14－10所示，信号线屏蔽外皮A点接保护屏蔽端G，不接机壳B。信号源的信号用双花信号屏蔽线传输，R1、R2为信号传输线电阻，R3为屏蔽外皮电阻。Z1、Z2为信号传输线对地阻抗（包括传输线漏电阻、对地分布电容等），Z3为新加保护屏蔽层相对机壳的绝缘阻抗。

图14－10 共模噪声电压UCM的消除

3.广泛使用光电耦合隔离器

光电耦合隔离器是一种电→光→电耦合器，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间从电气上看却是绝缘的，图14－11所示为其结构示意图。发光二极管一般采用砷化镓红外发光二极管，而光敏元件可以是光敏二极管、光敏三极管、达林顿管，甚至可以是光敏双向晶闸管、光敏集成电路等，发光二极管与光敏元件的轴线对准并保持一定的间隙。

光电耦合隔离器的输入／输出绝缘电阻很高，而且输出阻抗也比较高，使 “模拟地”与“数字地”分开，共模干扰电压无法在输入地和输出地之间形成回路。光电耦合隔离对数字信号、开关信号更为有效。在光电耦合器件里，信息的传送介质是光。由于信息的转换和传送过程是在不透明的密闭环境下进行，因此它既不会受到通常的电磁信号干扰，也不会受到外界光的干扰，于是它能有效地在外界现场与控制系统或微机之间实现电隔离，去掉两部分间的公共地线和一切电气联系。另外，光电耦合隔离器的输入与输出之间分布电容极小，一般为0.5～1p F，而绝缘电阻很大，一般为1012～1013Ω，因此各种现场干扰都很难通过。

图14－11 光电耦合隔离器

（a）管形轴向封装剖面图；（b）双列直插封装剖面图；（c）图形符号1—发光二极管；2—引脚；3—金属外壳；4—光敏元件；5—不透明玻璃绝缘材料；6—气隙；7—黑色不透光塑料外壳；8—透明树脂