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噪聲的模式與行為,區(qū)別Earth與Ground的重要性

發(fā)布時間:2022-12-19 來源:TDK 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】引發(fā)電子設(shè)備故障的噪聲和信號一樣,都是電能。電氣通信就是與這種難纏噪聲抗?fàn)幍臍v史。不過,通過與噪聲問題的正面交鋒,如今的信息通信技術(shù)得以確立,我們的生活也由此豐富多彩了起來。在人與家電、汽車、醫(yī)療等優(yōu)質(zhì)服務(wù)密切相連的未來社會,噪聲對策技術(shù)將愈發(fā)地重要。


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通信所用的電波為波長從數(shù)厘米到數(shù)毫米的微波,智能手機雖然看起來沒有天線,但實際上還是內(nèi)置了各種用途的天線。


20世紀(jì)初期的無線通信采用的是長波到中波的電波。由于當(dāng)時的收信機靈敏度低,因此會將長度100米到1000米的天線,樹立到離地面100米以上的高度。如此巨大的天線在遠處也很顯眼。在戰(zhàn)時,無線通信就是軍事的生命線。因此,在一戰(zhàn)時期的歐洲,無線通信天線就成了被優(yōu)先攻擊的對象。


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戰(zhàn)斗機發(fā)動機火花塞的放電火花會產(chǎn)生噪聲電波,因此在一戰(zhàn)時,為了探測接近的戰(zhàn)斗機,人們發(fā)明了超外差技術(shù),將噪聲電波的頻率進行轉(zhuǎn)換和檢測。


在20世紀(jì)電氣通信技術(shù)史上留名的美國電氣工程師E·H·阿姆斯特朗在一戰(zhàn)時擔(dān)任通信部隊的軍官,奔赴了歐洲戰(zhàn)場。為了保護重要的通信天線,他想出了能預(yù)測來襲敵機的妙案。之前介紹過,馬可尼的早期無線通信利用了放電火花產(chǎn)生的噪聲電波,飛機發(fā)動機火花塞也會因為放電火花而產(chǎn)生噪聲電波。他的想法是,只要接收到噪聲電波,就能發(fā)現(xiàn)靠近的敵機了。不過,遠處的飛機發(fā)出的噪聲是微弱的高頻波。因此,他發(fā)明了將收到的高頻噪聲電波轉(zhuǎn)換為低頻并增幅再進行檢測的方法。這就是此后被應(yīng)用到收音機和電視等設(shè)備中的超外差技術(shù)。


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我們周圍的電子設(shè)備或多或少地會發(fā)出噪聲,并受到外部輻射噪聲的干擾。不過,只要用金屬殼包裹住電子設(shè)備,以電磁波形式飛來的噪聲就會被阻擋。這是因為金屬殼不會接收噪聲電波并放它入內(nèi)。在屏蔽、反射、旁路、吸收的四種噪聲對策中,最好理解的就是這種屏蔽法了。此時,金屬殼若連接大地 (Earth),就能讓大地吸收噪聲電波能量,進一步提高效果。電子設(shè)備的噪聲測量等使用的電磁屏蔽室,也為了阻斷外來噪聲而全身裹有金屬,且連接大地。


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雖然我們常說“接地” (Earth),但準(zhǔn)確來說,電子設(shè)備的金屬殼和底盤,信號返回線路采用的電路板等其實屬于“Ground”。另外,金屬殼和底盤等稱為Frame Ground  (框架接地),電路板稱為Signal Ground (信號接地)。


在電子設(shè)備方面,有必要嚴格地區(qū)分Earth和Ground。這是因為,即使是Ground接地,Ground和Earth之間的基準(zhǔn)電勢間仍有微小差異,會造成噪聲。這種情況在Frame Ground和接有模擬電路、數(shù)字電路、功率電路的Signal Ground之間也會發(fā)生,有必要通過設(shè)置基準(zhǔn)點等細致操作,減少Ground之間的電勢差。


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“在合適的位置,Ground需要盡可能粗短?!边@是電路板設(shè)計的第一原則。之所以將Signal Ground與底盤等Frame Ground連接,也是為了增大Ground的面積。但如果是靠螺絲等方式連接,螺絲松落的話,那里就會產(chǎn)生輻射噪聲,需多加注意。帶鋸齒的菊花墊片和彈簧墊片也是為了確保更好的接觸狀態(tài)才使用的。此外在電路板方面,還需要注意“不能讓信號電路和作為Signal Ground的返回線路構(gòu)成大面積的電路循環(huán)”。這是因為這種循環(huán)會形成天線,產(chǎn)生高強度的輻射噪聲。電子設(shè)備有很多印刷電路板,其反面和內(nèi)層為Signal Ground,信號電路則在正面。Signal Ground中流動的返回電路會選擇電阻最低的最短距離。因此,它會在信號電路正下方流動,這樣就能減小天線循環(huán)的面積,抑制輻射噪聲的產(chǎn)生。


來源:TDK



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