《鐵路信號設備地線幹擾抑製方法的研究》全文從電氣電子設備接地重要性與地線幹擾形成機理入手，重點介紹電氣電子設備接地點與接地方式選擇
、增加地環路阻抗、降低接地阻抗等方法，來消除公共阻抗耦合、地(di)環(huan)路(lu)等(deng)地(di)線(xian)幹(gan)擾(rao)
，實(shi)現(xian)電(dian)氣(qi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)。最(zui)後(hou)，針(zhen)對(dui)鐵(tie)路(lu)現(xian)場(chang)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)源(yuan)特(te)性(xing)與(yu)耦(ou)合(he)方(fang)式(shi)
，成(cheng)功(gong)地(di)將(jiang)地(di)線(xian)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)方(fang)法(fa)應(ying)用(yong)於(yu)某(mou)鐵(tie)路(lu)信(xin)號(hao)設(she)備(bei)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)設(she)計(ji)中(zhong)。

全文第一章為：EMC接地的概念與分類
全文第二章為： EMC地線幹擾形成的機理


4 地線幹擾抑製方法

接地抗幹擾技術的主要內容
，一是避開地環路電流的幹擾，二為降低公共地線阻抗的耦合幹擾。“一點接地”有效地避免了地環路電流幹擾，而在“一點接地”前提下
，並聯接地則是降低公共地線阻抗耦合幹擾的有效措施。

4.1 地環路幹擾抑製方法

從地環路幹擾的機理可知：zhiyaojianxiaodihuanluzhongdedianliujiunengjianxiaodihuanluganrao，ciwai，fangzhixianlanshangdegongmosaoraodianliuzhuanhuaweiganraodianya，yeshijiejuedihuanluganraodewentidexiaocuoshi。

抑製地環路幹擾主要方法有：平衡電路、光電隔離、磁電隔離
、共模扼流圈，以及減少地線阻抗與浮地。本節將重點討論平衡電路、光耦隔離
、磁電隔離、共模扼流圈在抑製地環路幹擾方麵的應用。

4.1.1 平衡電路

dangganyingdedianciganraozaihuilushangchuanshushi
，ruguohuiludezukangwanquanduichengshi，duidianlubuhuiyinqiganrao。danshizaipinghengdianluzhong，shijidehuiluzukanghennanzuodaodadaowanquanduicheng
，zhezhongbupinghengzukang
，huijiangchuanshuxianzhongdegongmoganraozhuanhuaweichamoganrao

，congerduidianluzaochengganrao
，pinghengdianluyizhidihuanlugongmoganraodejiliruxiatusuoshi：
 
                      
                                             圖 9 平衡電路對地環路的抑製

4.1.2 磁電隔離

磁電隔離實質上是利用變壓器實現磁電隔離的基本原理：變bian壓ya器qi主zhu要yao由you繞rao在zai共gong同tong鐵tie心xin上shang的de兩liang個ge或huo多duo個ge繞rao組zu組zu成cheng。當dang在zai一yi個ge繞rao組zu上shang加jia上shang交jiao變bian電dian壓ya時shi，由you於yu電dian磁ci感gan應ying而er在zai其qi它ta繞rao組zu上shang感gan生sheng交jiao變bian電dian壓ya。因yin此ci變bian壓ya器qi的de幾ji個ge繞rao組zu之zhi間jian是shi通tong過guo交jiao變bian磁ci場chang互hu相xiang聯lian係xi的de，在zai電dian路lu上shang是shi互hu相xiang隔ge離li的de。這zhe樣yang可ke以yi使shi用yong變bian壓ya器qi切qie斷duan設she備bei與yu外wai部bu接jie口kou（含電源）之間的共模電磁幹擾傳播路途，讓一定頻率的差模信號可以通過，如下圖所示：
 
                   
                                                 圖 10 磁電隔離原理

為提高高頻共模電磁幹擾的抑製性能，一般會在變壓器原邊、副邊間增加靜電屏蔽後，減小原邊/副fu邊bian之zhi間jian的de寄ji生sheng電dian容rong。該gai屏ping蔽bi與yu繞rao組zu間jian形xing成cheng新xin的de分fen布bu電dian容rong
，當dang將jiang屏ping蔽bi接jie地di後hou，可ke以yi將jiang高gao頻pin幹gan擾rao通tong過guo這zhe一yi新xin的de分fen布bu電dian容rong引yin回hui地di
，避bi免mian其qi對dui副fu邊bian電dian路lu產chan生sheng幹gan擾rao。

目前磁電隔離技術


，已廣泛應用於電氣電子產品的開關電源、以太網端口，切斷地環路幹擾的耦合途徑。

4.1.3 光電隔離

光電隔離采用光電耦合器來實現
，即通過半導體發光二極管（LED）的光發射和光敏半導體（光敏電阻
、光敏二極管
、光敏三極管
、光敏晶閘管等）的光接收，來實現信號的傳遞。由於發光二極管和光敏半導體是互相絕緣的，從而實現了電路的隔離，如下圖所示：
 
                   
                                           圖 11 光電隔離

4.1.4 繼電器隔離

電磁繼電器隔離一般由鐵芯
、線圈、銜鐵、觸(chu)點(dian)簧(huang)片(pian)等(deng)組(zu)成(cheng)。隻(zhi)要(yao)在(zai)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)加(jia)上(shang)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)，線(xian)圈(quan)中(zhong)就(jiu)會(hui)流(liu)過(guo)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)流(liu)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)效(xiao)應(ying)
，銜(xian)鐵(tie)就(jiu)會(hui)在(zai)電(dian)磁(ci)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)克(ke)服(fu)返(fan)回(hui)彈(dan)簧(huang)的(de)拉(la)力(li)吸(xi)向(xiang)鐵(tie)芯(xin)，從(cong)而(er)帶(dai)動(dong)銜(xian)鐵(tie)的(de)動(dong)觸(chu)點(dian)與(yu)靜(jing)觸(chu)點(dian)（常開觸點）吸合。當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力的作用下返回原來的位置
，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣的吸合、釋放。

繼電路實際上是一種電子控製器件，它具有控製係統（又稱輸入回路）和被控製係統（又稱輸出回路），通常應用於自動控製電路中，利用較小的電流去控製較大的電流的一種“自動開關”
，在電路中起著自動調節、安全保護
、轉換電路等作用。

繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)線(xian)圈(quan)和(he)觸(chu)點(dian)之(zhi)間(jian)沒(mei)有(you)電(dian)氣(qi)上(shang)的(de)聯(lian)係(xi)。因(yin)此(ci)，可(ke)以(yi)利(li)用(yong)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)線(xian)圈(quan)接(jie)受(shou)電(dian)氣(qi)信(xin)號(hao)，而(er)用(yong)觸(chu)點(dian)發(fa)送(song)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)，從(cong)而(er)在(zai)低(di)頻(pin)時(shi)
，避(bi)免(mian)強(qiang)電(dian)和(he)弱(ruo)電(dian)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)直(zhi)接(jie)聯(lian)係(xi)，實(shi)現(xian)了(le)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)：
 
                      
                                                                  圖 12 繼電器隔離

4.1.4共模扼流圈隔離
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共模扼流圈並非像隔離變壓器
、光電耦合器、電磁繼電器那樣屬於隔離器件，這些器件中被隔離的兩端，通過磁、光
、機(ji)械(xie)進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)的(de)傳(chuan)輸(shu)，但(dan)是(shi)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)時(shi)

，主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)讓(rang)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)像(xiang)隔(ge)離(li)器(qi)件(jian)那(na)樣(yang)將(jiang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)隔(ge)離(li)在(zai)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)輸(shu)入(ru)/輸出的兩端，因此，在EMC領域，一般也將共模扼流圈與隔離變壓器、光電耦合器、電磁繼電器一樣，用為隔離器件。

共模扼流圈由鐵氧體磁芯、線圈La
、 Lb


，以及固定架組成，兩個線圈繞在同一鐵芯上，匝數和相位都相同(繞製反向)
，如下圖所示：
 
                               
                                                圖 13 共模扼流圈高頻隔離

這(zhe)樣(yang)，當(dang)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)正(zheng)常(chang)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)時(shi)
，電(dian)流(liu)在(zai)同(tong)相(xiang)位(wei)繞(rao)製(zhi)的(de)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)中(zhong)產(chan)生(sheng)反(fan)向(xiang)的(de)磁(ci)場(chang)而(er)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，此(ci)時(shi)正(zheng)常(chang)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)主(zhu)要(yao)受(shou)線(xian)圈(quan)電(dian)阻(zu)的(de)影(ying)響(xiang)(少量因漏感造成的阻尼)；當dang有you共gong模mo電dian流liu流liu經jing線xian圈quan時shi，由you於yu共gong模mo電dian流liu的de同tong向xiang性xing

，會hui在zai線xian圈quan內nei產chan生sheng同tong向xiang的de磁ci場chang而er增zeng大da線xian圈quan的de感gan抗kang，使shi線xian圈quan表biao現xian為wei高gao阻zu抗kang，產chan生sheng較jiao強qiang的de阻zu尼ni效xiao果guo
，以yi此ci衰shuai減jian共gong模mo電dian流liu

，達da到dao濾lv波bo的de目mu的de。

4.2 公共阻抗耦合幹擾抑製方法

消除公共阻抗耦合的途徑或方法有兩個：一是減小“公共地”地di線xian部bu分fen的de阻zu抗kang，這zhe樣yang公gong共gong地di線xian上shang的de電dian壓ya也ye隨sui之zhi減jian小xiao，從cong而er控kong製zhi公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he。另ling一yi個ge是shi通tong過guo適shi當dang的de接jie地di方fang式shi避bi免mian容rong易yi相xiang互hu幹gan擾rao的de電dian路lu共gong用yong地di線xian，一yi般ban要yao避bi免mian強qiang電dian電dian路lu

、弱電電路共用地線
，數字電路和模擬電路共用地線。

減少“公共地”地線阻抗核心問題是減小地線的電感，包括使用扁平導體做地線、用多條相距較遠的並聯導線做接地線。

對dui於yu印yin製zhi電dian路lu板ban而er言yan，在zai雙shuang層ceng板ban上shang布bu地di線xian網wang絡luo能neng夠gou有you效xiao地di減jian小xiao地di線xian阻zu抗kang，在zai多duo層ceng板ban上shang專zhuan門men用yong一yi層ceng做zuo地di平ping麵mian。但dan是shi通tong過guo選xuan擇ze適shi當dang的de接jie地di方fang式shi也ye可ke有you效xiao的de消xiao除chu公gong共gong阻zu抗kang的de耦ou合he幹gan擾rao。

電氣電子設備的接地方法主要有：單點接地、多點接地
、混合接地
、浮地。一般會根據電路類型、係統工作頻率、工作電流等選擇一個合適的接地方法，來抑製或減小共地阻抗幹擾。

4.2.1 單點接地

單dan點dian接jie地di是shi指zhi在zai一yi個ge線xian路lu中zhong，隻zhi有you一yi個ge物wu理li點dian被bei定ding義yi為wei接jie地di參can考kao點dian
，其qi它ta各ge個ge需xu要yao接jie地di的de點dian都dou直zhi接jie接jie到dao這zhe一yi點dian上shang。單dan點dian接jie地di又you分fen為wei串chuan聯lian單dan點dian接jie地di和he並bing聯lian單dan點dian接jie地di。

（1）串聯單點接地
 
                     
                                                   圖 14 串聯單點接地

串聯單點接地如上圖所示， 是各電路連接地線的等效阻抗（低頻時，線纜的感抗很低
，等效為0）
， 分別是電路1

、電路2、電路3的電流，由此可得出各點的電位各下：

A點的電位： 
B點的電位： ，
C點的電位： 
，

由 A、B
、C sandiandedianweibiaodashikekanchugedianzhijiandedianweijianghuxiangyingxiang
，ruogedianludedianpingxiangchabuda，zhezhongjiedifangshikeyishiyong，rugedianluzhijiandedianpingxiangchajiaodazebunengshiyong。jiarudianlu 1 是高電平電路，而電路 3 是低電平電路

，那麼由C點的電位計算公式可知：電路 1 將嚴重幹擾到電路 3 的工作。

danshizhezhongjiedifangfabijiaojiandan，shiyongderengranhenduo。xuyaozhuyideshi，zaishiyongzhezhongjiedifangshiyizhigonggongzukangouheganraoshi，yingzhuyichuanliandecixu，zuipaganraodedianludediyingjiezaiA點，而最不怕幹擾的電路的地應接在C點。

錯誤的串聯單點接地如下圖所示：
 
                       
                                           圖 15 錯誤的串聯單點接地設計

在上圖中
，將係統的接地點選擇在運算放大器的輸入側
，公共阻抗耦合幹擾，疊加在運算放大器的輸入端了
，如果Z1很大，或流過該阻抗的電流較大，運算放大器輸入端的疊加幹擾可能很好，導致錯誤的輸出結果。

如果將接地點放在運算放大器的輸出側，則可完全避免公共阻抗耦合幹擾
，使運算放大器的輸入端不受地線電流的影響
，如下圖所示：
 
              
                                         圖 16 正確的接地設計

（2）並聯單點接地
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並bing聯lian單dan點dian接jie地di采cai取qu所suo有you器qi件jian的de地di直zhi接jie接jie到dao地di彙hui接jie地di點dian，不bu共gong用yong接jie地di總zong線xian
，各ge電dian路lu的de地di電dian位wei隻zhi與yu本ben電dian路lu的de地di電dian流liu及ji地di線xian阻zu抗kang有you關guan，不bu受shou其qi它ta電dian路lu影ying響xiang，這zhe樣yang接jie地di方fang式shi可ke以yi消xiao除chu公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he幹gan擾rao。

並聯單點接地方式如下圖所示：
 
                      
                                                         圖 17 並聯單點接地

其中， 分別是電路1、電路2
、電路3接地線的等效電阻（低頻時，線纜的等效感抗可忽略不計）， 分別是電路1、電路2、電路3的電流
，A
、B、C點的電位，分別如下： ，  ，  。

youshangshudianweijisuangongshikezhi，gedianzhijiandedianweizhiyubendianludedidianliujidixianzukangyouguan，yincizaidipinshigedianluzhijianbucunzaigongzukangouhededixianganrao，yinci，zaidianqidianzishebeidipingongzuoshi，jinliangcaiyongzhezhongfangshijiedi。zhishidangdianlushuliangjiaoduoshi
，zhezhongjiedifangshixuyaodedixianjiaoduo
，yongqilaibijiaobenzhong。

（3）混合單點接地

串(chuan)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)的(de)問(wen)題(ti)，解(jie)決(jue)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)，但(dan)是(shi)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)往(wang)往(wang)由(you)於(yu)地(di)線(xian)過(guo)多(duo)，而(er)沒(mei)有(you)實(shi)施(shi)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。

因此

，實際情況中可以靈活采用這兩種單點接地方式的組合
，即混合單點接地方式。

hunhedandianjiedifangshizhong，shijiangdianluanzhaoganraotexingfenzu，xianghuzhijianrongyifashengganraodedianlufangzaibutongdezu，xianghuzhijianbuyifashengganraodedianlufangzaitongyizu，yizuneidedianlucaiyongchuanliandandianjiedi，butongzudedianlucaiyongbingliandandianjiedi。

混合單點接地方式，如下圖所示：
 
                  
                                         圖 18 串聯單點和並聯單點混合接地

這種接地方法避免公共阻抗耦合幹擾的關鍵是：避(bi)免(mian)使(shi)功(gong)率(lv)相(xiang)差(cha)很(hen)大(da)的(de)電(dian)路(lu)或(huo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)平(ping)相(xiang)差(cha)很(hen)大(da)的(de)電(dian)路(lu)共(gong)用(yong)一(yi)段(duan)地(di)線(xian)。這(zhe)種(zhong)接(jie)地(di)方(fang)式(shi)，既(ji)解(jie)決(jue)了(le)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)的(de)問(wen)題(ti)，又(you)避(bi)免(mian)了(le)地(di)線(xian)過(guo)多(duo)的(de)問(wen)題(ti)。

但是這種方式隻適用於低頻，不能用於高頻。因為根據傳輸線理論，當地線的長度接近信號波長的1／4時，它就相當於一根終端短路的傳輸線，不僅起不到接地作用，還會有很強的天線效應，向外輻射幹擾信號。

總的來說，單點接地適用於較低的頻率範圍，或者地線長度不超過信號波長的 1／20。

4.2.2 多點接地

duodianjiedi
，shizhixitongzhonggegejiedidiandoujiedaojutazuijindedipingmianshang，yishijiedixianzuiduan。zhezhongfangshiyouyudixianjiaoduan
，shiyongyugaopindianlu。gaopinxinhaodianluzaijiedizukangshangqizhudaozuoyongdeshidiangan，weilejiangdidixianzukang
，zaigaopinduandoushiyongduodianjiedifangshi。

但多點接地方式可會形成各種地環路幹擾，如下圖所示：
 
                
                                                   圖 19 多點接地

如上圖可知，每電路對地電位為：
 
其中
， 為地線等效電阻
； 為地線等效電感， 是電路的地電流。

由上述公式可知
，為了降低電路的地電位，每個電路的地線應盡可能短而粗

，以便降低地線阻抗。

但在高頻時
，由於趨膚效應，高頻電流隻流經導體表麵
，此時要降低地線阻抗，通常采取地線排鍍銀的方式。

多點接地的優點是電路結構比單點接地簡單，可應用於頻率大於或等於10MHZ的高頻電路，施工時接地連接比單點接地易實現，而且高頻下駐波效應可減至最小。

然而
，多點接地將會使相距較遠的參考地未隔離、兩liang個ge互hu連lian通tong信xin設she備bei之zhi間jian出chu現xian多duo個ge地di線xian回hui路lu，通tong過guo地di線xian回hui路lu將jiang可ke能neng對dui低di電dian平ping電dian路lu產chan生sheng幹gan擾rao，形xing成cheng地di環huan路lu幹gan擾rao，對dui電dian氣qi電dian子zi設she備bei的de正zheng常chang運yun行xing造zao成cheng不bu良liang影ying響xiang。

目前多點接地方法主要用於如下場合：

（1）高速印製線路板的接地設計：一般在印製線路板中定義一個完整的參考地平麵，為了保持地平麵的低阻抗特性
，盡可能的不對地平麵分割或減小過孔的數量。
（2）相距較遠的電氣電子設備之間互連信號線通過光電

、磁電、繼電器等隔離方法，切斷其地環路幹擾耦合途徑或增大其地環路的阻抗等。
（3）盡可能地減小電氣電子設備之間的地電位差，譬如通過多股銅線或扁平銅板將設備各個接地點相連。
否則，應用多點接地方法不但不能消除地線幹擾，還可能導致電氣電子設備的運行不穩定或抗幹擾性能差。

4.2.3  浮地
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duiyudianzichanpineryan，fudishizhishebeidedixianzaidianqishangyucankaodijiqitadaotixiangjueyuan。fudidemudeshijiangdianluyugonggongjiedixitong
，huokenengyinqihuanliudegonggongdaoxiangelikai
，ciwai，fudihaikeyishibutongdianweizhijiandedianlupeihebianderongyi
實現電路或設備浮地的方法主要有變壓器隔離和光電隔離兩種。

fudidezuidayoudianshikangganraoxingnenghao，erquedianshiyouyubuyugonggongdixianglian，rongyizailiangzhezhijianzaochengjingdianjilei，dangdianhejileidaoyidingchengduhou，kenenghuiyinqijuliedejingdianfangdian
，erchengweipohuaixinghenqiangdeganraoyuan。

一個折中的方案是在浮地與公共地之間跨接一個阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。

4.4 混合接地

混hun合he接jie地di是shi在zai單dan點dian接jie地di的de基ji礎chu上shang再zai通tong過guo一yi些xie電dian感gan或huo電dian容rong多duo點dian接jie地di，使shi用yong電dian感gan或huo電dian容rong，使shi接jie地di係xi統tong在zai低di頻pin和he高gao頻pin時shi呈cheng現xian不bu同tong的de特te性xing，這zhe在zai寬kuan帶dai敏min感gan電dian路lu中zhong是shi很hen有you必bi要yao的de。混hun合he接jie地di既ji包bao含han了le單dan點dian接jie地di的de特te性xing，也ye包bao含han了le多duo點dian接jie地di的de特te性xing。

電容對低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩個模塊之間的地環路形式。當將直流地和射頻地分開時，將每個子係統的直流地通過 10～100nF的電容器接到射頻地上
，這兩種地應在一點有低阻抗連接起來
，連接點應選在最高翻轉速度di/dt信號存在的點。

工頻頻率介於1~30MHZ的電路采用混合接地方式


，當接地線的長度小於工作信號波長的1/20時，采用單點接地方式，否則采用多點接地式，混合接地如下圖所示：
 
                  
                                                    圖 20 混合接地

4.5 接地選用原則

zaiyizhigongzukangouhededixianganraozhong，wulunshidandianjiedi
，haishiduodianjiedi，doucunzaiyidingdeyouquedian，xuyaogenjujutiqingkuangjueding。yibananxialiezhunzexuanqu：
（1）對於低頻(＜1MHz),且地線長度較短的情況(＜λ/20)
，選用單點接地方式。
（2）對於低頻(>1MHz),且地線長度較長的情況（＞λ/20），選用多點接地方式。
（3）對於頻率介於 1MHz～10MHz 之間,且地線長度與λ/20 相當的情況
，選用單點和多點混合地方式。
（4）對於頻率＞10MHz 的情況，采用多點接地方式。

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