資料介紹
1、本文出發(fā)點(diǎn)
本文基于上次本公眾號(hào)發(fā)布的“?噪聲的起源” 一文所提到的噪聲產(chǎn)生的原理, 進(jìn)一步論述簡(jiǎn)單而實(shí)用的應(yīng)用:數(shù)?;旌?a target='_blank' class='arckwlink_none'>音頻系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的規(guī)避地噪聲手段—— “單點(diǎn)接地”。讓讀者明白“為什么要單點(diǎn)接地” 。希望讀者著重認(rèn)清單點(diǎn)接地的原理,從而化用、推廣到其他地方,而不是簡(jiǎn)單地記住本文中所提到的例子。
本文內(nèi)容較多是作者本人的感悟、實(shí)踐的結(jié)論, 可能有不當(dāng)之處, 故請(qǐng)廣大讀者僅作討論使用。?
2、本文適用的讀者
“單點(diǎn)接地”是否有似曾相識(shí)的感覺(jué)?
假如你現(xiàn)在的情況是“聽(tīng)說(shuō)過(guò)單點(diǎn)接地, 但是不知道具體應(yīng)該如何單點(diǎn)接地;或者大致知道如何單點(diǎn)接地,但是不能清楚地理解單點(diǎn)接地的原理” 。那么很幸運(yùn),本文為你而寫(xiě)!
3、共阻干擾存在的幾種形式
本文重點(diǎn)是:講述了共阻干擾的幾種常見(jiàn)形式,會(huì)產(chǎn)生幾種經(jīng)典后果:干擾會(huì)被放大后輸出、干擾被衰減后輸出、干擾被原原本本地輸出等。
(地線(xiàn))共阻干擾存在的根本原因是: (地)導(dǎo)線(xiàn)存在阻抗,且干擾與被干擾信號(hào)有共同的信號(hào)回路。(什么是“信號(hào)回路”,在“噪聲的起源” 已經(jīng)解釋。)
3.1、共阻干擾的幾種形式
3.1.1、完全沒(méi)有共阻噪聲
理想狀態(tài),導(dǎo)線(xiàn)無(wú)阻抗、分布參數(shù),不存在噪聲。Av-niose = 0 :
如圖3.1-1,理想狀態(tài)下, Vout = 100*Vin,輸出沒(méi)有噪聲。
3.1.2、共阻噪聲最糟糕的狀態(tài)
最壞的布線(xiàn)情況,噪聲會(huì)被“加倍放大” 。Av-niose >> 1 :
3.1-2
如圖3.1-2,由于AB點(diǎn)在PCB板上是一段銅箔, 不可避免存在阻抗(雖然銅的電阻率極?。僭O(shè)其阻抗為R5。模擬輸入信號(hào)的回路經(jīng)過(guò)A——B段,當(dāng)有數(shù)字電流I1_niose 地回路流經(jīng)A——B點(diǎn)時(shí), R5既是模擬信號(hào)的回流地電阻,也是數(shù)字電路信號(hào)的回流地電阻,這個(gè)導(dǎo)線(xiàn)電阻由模擬、數(shù)字“共享” ,故稱(chēng)為共阻。而數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)R5會(huì)產(chǎn)生V1_niose,這個(gè)V1_niose電壓將會(huì)疊加在干凈的模擬輸入信號(hào)上,造成輸入信號(hào)的污染(干擾) ,故把這種—— 因?yàn)橛泄餐亓髀窂蕉a(chǎn)生的干擾現(xiàn)象叫“共阻干擾” 。
由于該電路放大的是BF端的電壓。(而不僅僅是AF端,如果不明白這一點(diǎn),必須重新學(xué)習(xí)功放?。┧訴out=(Vin V1_niose)*100,其中輸出噪聲部分的信號(hào)是V1_niose*100!——可見(jiàn),噪聲被加倍放大了?。?!這是共阻噪聲最為嚴(yán)重的一種狀況!
經(jīng)驗(yàn)性現(xiàn)象解釋?zhuān)河腥苏f(shuō):銅的電阻率這么低,即使V1_niose 放大一百倍也聽(tīng)不到,因?yàn)橛?a href='http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/577/' target='_blank' class='arckwlink_none'>示波器根本沒(méi)有看到噪聲的存在!而且數(shù)字噪聲一般不在20—— 20KHz人耳可聽(tīng)見(jiàn)范圍!
這個(gè)說(shuō)法好像有道理,但是實(shí)際和理論都是不對(duì)的。原因如下: (1)人耳朵在安靜環(huán)境中, 通過(guò)耳機(jī),人們能清楚地聽(tīng)到毫伏級(jí)(幾毫伏)的音頻噪聲信號(hào),而普通示波器一般無(wú)法捕捉到這么微弱的波形。因?yàn)槠胀ǖ臄?shù)字示波器接上探頭后顯示在屏幕上的噪聲電平有20mV 左右,非常昂貴的示波器在拔掉探頭的情況下,顯示在屏幕上的底噪才可能小于1mV。所以人耳朵能聽(tīng)到噪聲但是示波器看不到,這很正常。(2)即使數(shù)字電路本身工作頻率遠(yuǎn)超過(guò)20KHz,但MCU內(nèi)部模塊間的啟動(dòng)關(guān)閉動(dòng)作的頻率有可能落在音頻范圍。而且,即使大于20KHz的數(shù)字信號(hào),經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的分布電感與分布電容“濾波”后,形成V1_niose 將落在音頻范圍。這是我們能聽(tīng)到數(shù)字噪聲的原因。
3.1.3、共阻噪聲1:1 放大輸出
干擾不被放大、直接呈現(xiàn)在輸出端。Av-niose = 1:
3.1-3
如圖,若數(shù)字噪聲只流過(guò)R8,那么Vout=Vin*100 V2_niose,存在數(shù)字噪聲,但是噪聲沒(méi)有被放大, 所以一般情況下, 數(shù)字噪聲不明顯, 只是是在安靜的環(huán)境中可能可以聽(tīng)得到。
3.1.4、共阻干擾被衰減后輸出
干擾會(huì)被功放器件抑制, Av-niose << 1 :
如圖,假如在數(shù)字電路端單點(diǎn)接地。那么,數(shù)字噪聲V3_niose 可以直接回流到電源,并沒(méi)有流經(jīng)功放區(qū)域, (其實(shí)深究起來(lái),還是有非常微小的部分噪聲流經(jīng)EC段PCB,并從其他路徑構(gòu)成回路,但是這個(gè)影響非常小?;芈仿窂饺绾涡纬桑扛鶕?jù)“噪聲的起源”章節(jié)中的內(nèi)容,其實(shí)足以領(lǐng)悟出來(lái)。)所以不會(huì)造成地線(xiàn)的共阻干擾噪聲。但是,有兩點(diǎn)值得擔(dān)心的:
(1)電源不是理想的電源,會(huì)存在“內(nèi)阻” ,所以數(shù)字電路會(huì)通過(guò)“干擾公共的電源從而干擾功放” ——幸運(yùn)的是, 這個(gè)干擾非常小, 一般情況下都不會(huì)引起系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲,原因是:功放的電源紋波抑制比一般非常高!
(2)C與E之間同樣是銅箔,實(shí)際上也存在內(nèi)阻!這段地線(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生共阻干擾。但是,實(shí)際上采用這種布線(xiàn)方式也不會(huì)出現(xiàn)干擾問(wèn)題,原因是:一、其阻抗引起的干擾相當(dāng)于電源抖動(dòng)的干擾, 而功放有一定的電源紋波抑制能力(這個(gè)是地紋波抑制, 實(shí)際測(cè)試過(guò)的一些芯片, 都是電源紋波抑制能力比地紋波抑制能力好,這應(yīng)該與Bypass電路有關(guān),有興趣者可以深究) 。二、這個(gè)干擾一般是聲音較大時(shí)干擾才比較大,但是聲音大后,噪聲會(huì)被音樂(lè)“蓋住” ,所以人感受不到噪聲的存在。
3.1.5、在電路板上不會(huì)存在地噪聲
如圖3.1-5,電池、數(shù)字地、模擬地的單點(diǎn)接地點(diǎn)都接在C、E點(diǎn)的重合處。這樣接地,在電路板上不會(huì)出現(xiàn)噪聲, Av-niose=0 。(但是,電池接上后,同樣會(huì)產(chǎn)生“ 3.1.4”的類(lèi)似情況,因?yàn)槊總€(gè)電源都有內(nèi)阻。這個(gè)讀者自行構(gòu)建模型分析!)
無(wú)論如何, 對(duì)于圖中的電路, 這已經(jīng)是最好的接地方式了! 而且這種接地方式從未出現(xiàn)過(guò)噪聲!
3.2、敏感點(diǎn)與不敏感點(diǎn)
由3.1 的內(nèi)容知道, PCB走線(xiàn)不當(dāng),噪聲會(huì)被“成倍放大” 、或會(huì)被“ 1 倍放大”。產(chǎn)生這種狀況說(shuō)明:對(duì)于音頻功放放大電路, PCB上存在“地噪聲敏感點(diǎn)和不敏感點(diǎn)”(或者說(shuō)是敏感段) 。
3.2.1、地噪聲敏感段PCB
圖3.1-2 的AB段的噪聲會(huì)被成倍放大, 所以AB段是“地噪聲敏感段PCB”,經(jīng)過(guò)敏感段PCB的數(shù)字地噪聲將會(huì)被“加倍放大”后輸出。
之所以會(huì)被加倍放大,是因?yàn)樵肼曅盘?hào)經(jīng)過(guò)功放的前端放大電路的地回流,這段PCB對(duì)應(yīng)于實(shí)際應(yīng)用中的很多功放的“ Bypass電容接地點(diǎn)(如圖3.1-2 中B點(diǎn))與功率地(如圖3.1-2 中C點(diǎn))之間的PCB”。也就是: BC間的PCB連走線(xiàn)極有可能成為地噪聲敏感段PCB。
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