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音频地环路造成的噪声分析
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/5/16 9:19:00
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音频噪声,很多人都会遇到,下面介绍一个因为音频环地造成的噪声问题。

什么是地环路

顾名思义,接地环路是系统接地方案中的一个物理闭合环路,产生于电路之间的多个接地路径。

地环路是如何形成的

供电及屏蔽造成

如上图,红色为供电线,黑色为地线。设备1和设备2音频互联,之间接了屏蔽线,地第一次拉通。设备2同时还要给设备1供电,电源地线也拉通,造成了上图黑色的接GND环路。

举个应用场景的例子:音频放大器与PC之间接了2条线,一条线通过USB供电,另一条线为3.5mm接头的耳机接头线。这样连接可能就有噪声。

220V接GND线和屏蔽线造成

如上图,设备一和设备2都有自己的独立供电系统,本来Device1和Device之间只有屏蔽线互相接GND,但是因为都接到了220V电源,所有又构成了如上图红色的地环路。

总之,很多复杂的应用场景都可能产生环地,再举个例子,有的产品是金属外壳的,PCB板都通过螺丝孔接到金属外壳,也会形成地环路。

地环路如何引入噪声

地环路为什么会引入噪声呢?

一是天线效应:因为地环路可以充当一个大的环路天线,从环境中拾取噪声,并在地环路上产生电流。地也是由导线构成的,不是超导体,会有地电阻,地电感,电流流过必然会产生电压。这个电压就是噪声了,经过接收设备的放大,这个噪声就是很可观的了,有时会造成完全无法使用。值得提一下的是:交流电源的50/60 Hz磁场是接地环路拾取的常见噪声源。人类的耳朵能听到的声音频率范围为20Hz~20000Hz,所以50Hz的噪声是可以被听到的。

二是电源分流:对于共用电源的情况,正常情况下,我们理想的是音频信号的返回路径为音频的GND线(屏蔽线),电源的回流路径为电源地线。然而电路哪可能这么听话,既然因为形成地环路,那么电源回流就可以从音频的GND线回流,回流的多少取决于两条路径的阻抗。仅仅是电源回流,如果电源的电流波动小,产生的噪声也不大,毕竟音频是一个交流的信号,如果分流的电流是恒定的,那也不会产生交流的信号。而大部分真是的情况是,电流因为设备每时每刻用电的不同,也是一个交流的信号,因此音频地线上分得的电流也是一个交流的信号,也就会形成音频频率范围的噪声了。

如何解决地环路噪声

A、使用音频隔离变压器:这个方式断开了地环路

B、屏蔽层单点接GND:很多音频线都是两边都接了GND,条件允许的话可以在一头接GND,另外一头断开。这种方式也断开了地环路。

C、采用GLB电路:音频信号端的地线通过一个小电阻与大地相连。具体原理详见TI文档《TI Ground Loop Break Circuits and Their Operation.pdf》,公众号回复“GLB”,可获得该文档。此方法的原理是增大了地环路的阻抗,并让噪声主要落在那个小电阻上面----适用于信号SGND和功率PGND分开的电路。

 
 
 
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