利用功能隔离器中断接地环路以减少数据传输错误利用功能隔离器中断接地环路以减少数据传输错误
接地环路可能是一个干扰源,它能在传输两端的接地之间产生噪声电压,此电压如果足够大,就可能导致接收
端数据错误。本文阐释接地环路如何形成,并且讨论如何利用电流隔离来消除接地环路。
长距离传输数据充满着各种各样的潜在问题。接地环路可能是一个干扰源,它能在传输两端的接地之间产生噪声电压,此电压
如果足够大,就可能导致接收端数据错误。本文阐释接地环路如何形成,并且讨论如何利用电流隔离来消除接地环路。
顾名思义,接地环路是系统接地方案中的一个物理环路,产生于电路之间的多个接地路径。这些接地路径可以充当一个大环路
天线,从环境中拾取噪声,从而在接地系统中产生电流。交流电源的50/60 Hz磁场是接地环路拾取的常见噪声源。类似地,对
于分布式接地系统,源于某个位置的地电压噪声也能引起地电流在接地环路中流动。由于地为低阻抗,因此噪声电流往往相当
大。数百毫伏的噪声可能会引起数安培的电流流过接地环路。
图1示例说明了一个通用数据传输路径中如何发生接地环路干扰。器件#1驱动一个单端信号,器件#2接收该信号。信号线接地
于任一器件。接地连接可以是屏蔽的同轴电缆等。这些器件的地之间存在另一个低阻抗路径,它流过器件电源的安全地,这两
个接地连接构成一个大环路,从邻近干扰源的磁场拾取噪声电压。这种干扰会损害器件#2接收到的信号,影响传输。
数据传输路径中如何发生接地环路干扰" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/26/d57b1c06-
f853-48a2-af2b-2ed0125c33ff.jpg" />
图
1:
一个通用数据传输路径中如何发生接地环路干扰
设计人员应小心谨慎,通过单点接地来避免形成环路,但有些接口要求在收发器之间进行接地连接。必须中断这种接地连接,
同时维持从发送器到接收器的信息流。换言之,两个器件之间需要进行电流隔离。
中断接地环路的可能方法之一是使用
中断接地环路" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/26/a404ce1f-d256-47a9-be44-
9c9b0d451855.jpg" />
图
2:
使用光耦合器中断接地环路
器件#1驱动光耦合器的LED,LED激励光电耦合器中的电流。通过电缆的接地连接被消除,防止噪声电流在器件#1与器件#2
之间流动,信息以光的形式传输。
随着接口的性能和复杂度提高,这种方法会有局限性。光隔离接口可能变得复杂、昂贵,并且需要大量板空间。光耦合器的传
播延迟相当大,只适用于低速信号。使用多个光耦合器时,LED和上拉电阻的功耗可能变得相当高。可以使用数字隔离技术来
中断接地环路,接口性能则不受影响,而且应用电路简单,所需器件相对较少。数字隔离式是非光学隔离器,利用CMOS接口
IC通过容性或磁性耦合来传输信息。
利用一条USB电缆连接两个交流电源供电的器件可能会造成一个接地环路,从而中断总线通信。USB通信在一对双向差分线
上进行(图3中的D+和D-信号)。主器件控制总线并与外设通信。数据分组的方向由USB协议确定,而不是通过控制信号确
定。主器件为外设提供电源和接地连接。USB电缆的这个接地连接与主机和外设的安全地形成一个接地环路,它可能导致外
设的地电位相对主机的地电位移动,使得通信不可靠(参见AN-375、AN-727)。