我理解的音响设备音频放大器地线环路共地回路造成交流声干扰哼声的分析，信号接地，工业仪表接地的问题

wxleasyland

2023.8

一、地线环路造成交流声哼声

家里插座中有一个的PE地线，相当于大地。

设备1的“信号地”接到家里三脚插座的PE地线上，设备2的“信号地”也接到三脚插座的PE地线上，同时设备1和2的“信号地”又接在一起了，这样通过PE线形成了环路，就会感应到空间工频交流干扰了！电缆都是有电阻的，交流干扰在“信号地”上有电流通过，就形成了干扰电压直接叠加在信号上，就造成了严重的交流哼声。

电路板的地线环形走线产生交流声，也是类似的道理。

二、设备浮地受干扰情况

放大器如果没有接插座PE地线，那放大器里面是“浮地”，即“信号地”，一般会是“直流电源负极”。为什么人摸放大器的“信号地”没有什么干扰，而摸放大器的输入信号口就有干扰？

浮地在自身电路里算是虚拟0电位，相对于浮地来说，输入信号是交流的，正、负电位交替。

因为浮地在电路板上很大片，并且有的还会接机壳，对大地的电容大！  所以就是考虑对地电容的影响！

对地电容就是对大地的一个看不见的空间电容。

大地是良导体，人又站在大地上。

人摸信号输入口： 人→输入信号口→放大器→浮地→对地电容→大地，干扰信号进入放大器输入端，再从浮地通过对地电容入大地，放大器得到的干扰信号强。

人摸浮地（“信号地”）： 人→浮地→放大器→输入信号口→对地电容→大地，一是干扰信号一部分被浮地的对地电容给短路到大地了，二是信号输入口对地电容小，所以干扰信号进入放大器的能量就小，干扰就小很多，但还是会有一些干扰的。

空中的干扰信号： 空中的干扰信号强度是相对大地这个零电势来说的，  空中的干扰信号在放大器的输入口、浮地上同时产生干扰，像共模干扰。但浮地对地电容大，输入信号口对地电容小，两个干扰就不一样了，有差值了，变成差模干扰了，所以输入口和浮地之间的干扰差值才是放大器得到的干扰电压，这个电压小于100%干扰信号，所以受外界干扰小些。（个人理解）

上图如果放大器的“信号地”（浮地）接入大地，则人摸放大器的“信号地”，不会对放大器产生干扰。

空中的干扰信号：  空中的干扰信号在放大器的输入口上产生100%干扰信号电压，所以相对于浮地来说，更易受外界干扰。（个人理解）

  如果套上铁外壳，外壳不接浮地，也不接大地。外壳会感应干扰信号，外壳相当于天线了，接收到干扰信号后又会继续发射感应干扰里面的电路，外壳对浮地和输入口有空间电容。所以还是会有干扰的，但干扰肯定弱了很多，有一定的屏蔽效果。

  浮地接外壳，一是屏蔽，二是相当于浮地变大了，浮地对大地的空间电容增大了很多。外界干扰只能先感应到外壳，外壳与浮地等电位，相当于是人摸放大器的浮地，会通过浮地对地电容泄入大地，这样对内部的信号输入口产生的干扰就很小。 所以外壳接浮地，这样屏蔽效果好。

  外壳接大地，外界干扰进不来。 浮地不接外壳，不接大地。  这样屏蔽效果也好。

   一般来说，都会是浮地接外壳，同时外壳接大地。 这肯定最OK了。

看来单台设备怎么玩，都好办。

三、多台设备连接的问题

浮地的话，单台设备是好办的，但如果一个大型系统，多台设备要联在一起，比如音源器、调音台、均衡器、限幅器、效果器、功放等，设备之间的线也长，人摸浮地多少也有干扰，所以浮地就有问题。 所以，正规的设备是有接大地的设计（插座的PE线）。

问题就复杂了。

  设备间的电缆没有屏蔽层，如果设备1输出阻抗大，设备2输入阻抗大，那感应的干扰很大。 不行。

  有屏蔽线，屏蔽层接浮地。 浮地对大地有对地电容。 用屏蔽线，是可以的，外界干扰是先感应到屏蔽层，屏蔽层与浮地等电位，相当于是人摸放大器的浮地，一部分会通过浮地对地电容泄入大地，对信号线产生干扰小些。    这也是浮地（电源负极）接机壳进行屏蔽的原理。   可以用，会有少许浮地干扰。

   好，基本没有干扰。严格来说，屏蔽层是在串联走浮地信号，长了是有电阻的，也是会引入干扰的。

   地线环路问题，环路上会感应电流，电压会直接叠加到“信号地线”上，所以会产生严重交流哼声干扰。  不行。

  这里屏蔽层相当于天线了，接收到干扰信号，会继续感应干扰里面的信号线，所以还是会有一些干扰。  屏蔽层不接地或不接浮地，不行。

  屏蔽层与浮地等电位，可以用，会有少许浮地干扰。

   屏蔽层与浮地等电位，浮地环路一条在屏蔽层里面，应是没什么影响，可以用，会有少许浮地干扰。

  空中的干扰信号是相对大地这个零电势来说的，所以屏蔽层接大地后，屏蔽层收到的干扰信号被接大地了，这样应该是可以的。   但这种在实际是无法实施的，因为电线屏蔽层一般要通过在设备处来进行接地，无法单独接地。

  最佳方案，没有干扰。单侧接地看是接在设备1处，或设备2处。

  这肯定不行，地线环路问题。

  应该是还好。

  屏蔽层接大地，但双端接地，出现地线环路问题，环路上会感应干扰电流，这个电流又会感应给里面的信号线。

干扰通过感应来走的，不是直接叠加在信号线上，情况就好很多。干扰感应是同时感应在2条信号线上，2条线上感应电流方向相同，比如都是从1到2，那就是共模干扰。

这里设备是单端非平衡，传输的是非平衡信号，2条线中一条是信号，另一条是“信号地”浮地。虽然是共模干扰，但是因为2条线对地电容不同，所以感应干扰无法全部抵消，会有一些干扰进入设备2。 不行。

如果设备是平衡端子，传输的是平衡信号，那这个共模干扰对设备2的输入信号没有影响！

   这个有点意思，屏蔽层地线环线干扰会感应到2条信号线上，“信号地”的干扰又入地了，共模感应干扰抵消得少，好像进入设备2的干扰反而更多了。  不行。

   这个地线环路干扰电流会直接叠加在“信号地线”上，不行。

所以，对于单端非平衡方式，浮地有输出，又要屏蔽，设备间连接又要考虑地线环流干扰交流哼声的问题，比较头疼。重点就在于不要形成地线环路！

而对于平衡信号方式，浮地没有输出，设备间连接简单，不用考虑太多东西，一侧接地、双侧同时接地都没有问题，接地怎么玩都可以，所以大型音响系统采用平衡方式是非常正确的：

四、工业仪表的电缆接地问题

按《HG/T20513-2014 仪表系统接地设计规范》。

在GB/T2900.71电力术语中（即单相电、三相电这些的），没有“工作接地”这个说法，只有“系统接地”、“功能接地”、“保护接地”的说法。

但在这个仪表接地规范标准中，有“工作接地”术语：

工作接地working  grounding：仪表及控制系统正常工作所要求的接地。

3.2.1 工作接地应包括信号回路接地和屏蔽接地。

3.2.2 非隔离的信号需要建立一个统一的信号参考点,应进行信号回路接地(通常为直流电源负极)

工业模拟信号仪表都是单端非平衡的信号，信号只能一端工作接地，不能二端同时工作接地！不然就会形成地线环路，造成干扰！

现场仪表的外壳可以接保护地进行屏蔽，但仪表的工作电路没有与外壳相连，所以不会出现共地环路问题！

条文说明5.1.2每一个仪表信号回路应只有一个接地点。

5.1.3接地型热电偶、PH计及电磁流量计等仪表只能在现场接地。

对于数字信号仪表，没有模拟信号的地线环流的问题，反而有地电位不衡的问题，反而需要二端同时工作接地！

5.2.1 现场总线仪表系统的信号是以数字通信方式传输，总线信号电缆屏蔽层的接地与模信号电缆有所不同，总线电缆屏蔽层的两端都宜做接地连接(见图 5.2.1)

条文说明5.2.1 现场总线仪表信号是数字传输,易受到电磁场的影响,因此在总线线缆的屏层的两端接地，通过屏蔽层建立一个理想的法拉第笼,以避免通信信号受到外界电磁场的干扰。

5.2.2于电容对直流(DC)和低频交流(AC)的隔离作用，电容性接地可防止循环地电流。对高频导通,从而对电磁干扰构筑起一个密闭屏蔽网络(法拉第笼)。

引用网友的说法：

地线环路问题实际经验谈

对于数字电路来说，地线环路造成的地线环流也就是几十毫伏级别的，而TTL的抗干扰门限是1.2V，CMOS电路更可以达到1/2电源电压，也就是说地线环流根本就不会对电路的工作造成不良影响。相反，如果地线不闭合，问题会更大，因为数字电路在工作的时候产生的脉冲电源电流会造成各点的地电位不平衡，比如本人实测74LS161在反转时地线电流1.2A（用2Gsps示波器测出，地电流脉冲宽度7ns）。在大脉冲电流的冲击下，如果采用枝状地线（线宽25mil）分布，地线间各个点的电位差将会达到百毫伏级别。而采用地线环路之后，脉冲电流会散布到地线的各个点去，大大降低了干扰电路的可能。采用闭合地线，实测出各器件的地线最大瞬时电位差是不闭合地线的二分之一到五分之一。当然不同密度不同速度的电路板实测数据差异很大，我上面所说，指的是大约相当于Protel 99SE所附带的Z80 Demo板的水平。

对于低频模拟电路，我认为地线闭合后的工频干扰是从空间感应到的，这是无论如何也仿真和计算不出来的。如果地线不闭合，不会产生地线涡流，beckhamtao所谓“但地线开环这个工频感应电压会更大。”的理论依据何在？

举两个实例，7年前我接手别人的一个项目，精密压力计，用的是14位A/D转换器，但实测只有11位有效精度，经查，地线上有15mVp-p的工频干扰，解决方法就是把PCB的模拟地环路划开，前端传感器到A/D的地线用飞线作枝状分布，后来量产的型号PCB重新按照飞线的走线生产，至今未出现问题。

第二个例子，一个朋友热爱发烧，自己DIY了一台功放，但输出始终有交流声，我建议其将地线环路切开，问题解决。事后此位老兄查阅数十种“Hi-Fi名机”PCB图，证实无一种机器在模拟部分采用地线环路。