從電子技術(shù)的發(fā)展初期，人們就開始使用非平衡信號(hào)傳輸方式，人們已經(jīng)習(xí)慣性地接受非平衡信號(hào)傳輸方式易受干擾的缺點(diǎn)，以致很少有人試圖從設(shè)計(jì)原理上解決這個(gè)問題，實(shí)踐中減小干擾主要依靠經(jīng)驗(yàn)。本文提出了一個(gè)非平衡信號(hào)傳輸?shù)母蓴_模型，這個(gè)模型使人們對(duì)干擾產(chǎn)生過程有了更好的認(rèn)識(shí)并且可以對(duì)這種干擾有更好的預(yù)測(cè)與控制，由此設(shè)計(jì)了一種新的抗干擾非平衡信號(hào)傳輸方法，通過改進(jìn)信號(hào)收、發(fā)端之間的接口電路，使進(jìn)入信號(hào)通路的干擾信號(hào)大大減小，達(dá)到非平衡信號(hào)抗干擾傳輸?shù)哪康模@種方法的有效性在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證，且實(shí)施成本很低。

        在抗干擾實(shí)踐中，人們通常采用二種方法：其一是減小干擾源的方法，例如采用屏蔽措施和進(jìn)行電源濾波；其二是使干擾無法混入信號(hào)通道，例如平衡信號(hào)傳輸方法。第一種方法采用最多，因?yàn)椴恍枰莆崭蓴_產(chǎn)生的詳細(xì)情況，所以實(shí)施技術(shù)難度不大。平衡信號(hào)傳輸就是采用第二種方法的情況，而對(duì)使用更為廣泛的非平衡信號(hào)傳輸方式還一直缺少使用第二種方法的技術(shù)，本文提出的就是這樣一種技術(shù)。

       下面是等效電路圖中的符號(hào)定義：
G  ：參考地
Gos：信號(hào)輸出方信號(hào)參考端
Gie：信號(hào)輸入方裝置地
Gis：信號(hào)輸入浮動(dòng)隔離信號(hào)參考端
Vs ：輸出信號(hào)電壓源
Rs ：輸出信號(hào)電壓源內(nèi)阻
Ri ：信號(hào)輸入端內(nèi)阻
Ris：信號(hào)輸入方Gie與Gir之間的隔離阻抗
Cs ：信號(hào)輸出方裝置地相對(duì)參考地G的體電容和感應(yīng)電容之和，
Vcs：信號(hào)輸出方裝置地相對(duì)參考地G的感應(yīng)電壓
Ci ：信號(hào)輸入方裝置地相對(duì)參考地G的體電容和感應(yīng)電容之和
Vci：信號(hào)輸入方裝置地相對(duì)參考地G的感應(yīng)電壓
Rr ：信號(hào)輸入、輸出參考端連線的阻抗
Rg ：信號(hào)輸入、輸出裝置地之間連線的阻抗
Vnl：信號(hào)輸入、輸出參考端連線的感應(yīng)干擾電壓
Vnr：收、發(fā)端之間不平衡感應(yīng)干擾在Rr上產(chǎn)生的干擾電流所得到的干擾電壓
Vng：地線回路干擾源在Rr上產(chǎn)生的干擾電流所得到的干擾電壓
Vn ：Vnl、Vnr 與Vng之和，參考端連線的總等效干擾電壓
SFS；信號(hào)浮動(dòng)隔離電路

       以上所列的符號(hào)中SFS信號(hào)浮動(dòng)隔離電路是一個(gè)功能單元電路，該電路有四個(gè)端口，在本說明書中將四個(gè)端口標(biāo)注為A、B、C和D，其中A和B為輸入端口，C和D為輸出端口，該電路使輸入信號(hào)與輸出信號(hào)為浮動(dòng)狀態(tài)，既輸入端信號(hào)與輸出端信號(hào)的參考端電位無固定關(guān)系，隨外部條件的改變而變動(dòng)，隔離變壓器和光電耦合器件是提供該功能的典型器件，用運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)輸入放大電路也可以提供這種功能并能得到很好的線性；對(duì)運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)輸入放大電路來說，這是一種輸入端阻抗不平衡的應(yīng)用，使放大電路輸入阻抗遠(yuǎn)高于輸入信號(hào)內(nèi)阻可以提高抗共模干擾能力，使用運(yùn)放電路是一種性價(jià)比很高的解決方案。

一般非平衡信號(hào)傳輸系統(tǒng)的干擾分析

        圖1為一般非平衡信號(hào)傳輸系統(tǒng)的干擾模型，非平衡信號(hào)有一個(gè)信號(hào)端和一個(gè)參考端，通常稱參考端為信號(hào)地，其參考端電位固定，信號(hào)端電位變化。在非平衡信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，可以認(rèn)為干擾主要來自參考端連線，來自信號(hào)端連線的干擾很小，其原因在后面的分析中將予以揭示。附圖為非平衡信號(hào)傳輸干擾的等效電路，其參考端連線的干擾電壓主要有以下三個(gè)來源：其一為收、發(fā)參考端連線的感應(yīng)干擾電壓，其對(duì)輸入信號(hào)的等效干擾電壓在圖中表示為Vnl；其二為收、發(fā)參考端之間不平衡感應(yīng)電壓產(chǎn)生的干擾電流在參考端連線阻抗上的電壓降，其對(duì)輸入信號(hào)的等效干擾電壓在圖中表示為Vnr；其三為地線回路干擾，如果收、發(fā)參考端之間存在多條地線連接，每兩條地線間會(huì)形成感應(yīng)環(huán)，由感應(yīng)電壓就會(huì)形成感應(yīng)電流，由此形成地線回路干擾，實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種情況，其對(duì)輸入信號(hào)的等效干擾電壓在圖中表示為Vnp；這種干擾源的等效是該模型的重要特點(diǎn)，正是從這里出發(fā)找到了抗干擾設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。下面對(duì)這三種干擾影響進(jìn)行具體分析：

        收、發(fā)參考端連線的感應(yīng)干擾
        圖中的Vnl即為這個(gè)干擾源產(chǎn)生的干擾電壓，非平衡信號(hào)通常用屏蔽線傳輸，其信號(hào)的參考端由屏蔽線的外屏蔽層連接，所以很容易感應(yīng)干擾電壓，該干擾源可等效為一個(gè)高內(nèi)阻的電壓源，降低其兩端的負(fù)載阻抗可以減小該干擾電壓，該負(fù)載阻抗為去除參考端連線后Goe與Gie之間的阻抗，它由以下三個(gè)阻抗并聯(lián)構(gòu)成，分別是Rs 串聯(lián)Ri，Cs串聯(lián)Ci和Rg，圖中Vnl是考慮了兩端的負(fù)載阻抗因素的干擾電壓。等效電路圖中，信號(hào)參考端與裝置地相同，Cs、Ci較大，所以Vnl不大，如果存在多條地線，即Rg取值較小，Vnl影響就更小，所以Vnl總的輸入干擾電壓影響不大。需要注意的一點(diǎn)是，加粗該導(dǎo)體會(huì)降低其干擾源的內(nèi)阻及增加感應(yīng)的干擾信號(hào)，從而導(dǎo)致Vnl增加。

        收、發(fā)信號(hào)端連線采用屏蔽線內(nèi)導(dǎo)體，所以感應(yīng)的干擾信號(hào)可以較小；但當(dāng)收信端輸入阻抗很大使其兩端負(fù)載阻抗加大時(shí)，或者屏蔽線的屏蔽效果不佳時(shí)，就會(huì)使收、發(fā)信號(hào)端連線的感應(yīng)干擾影響增加；采用屏蔽效果較好的屏蔽線及合理的選擇輸入端阻抗，可以使收、發(fā)信號(hào)端連線的感應(yīng)干擾影響很小。

        收、發(fā)參考端之間不平衡感應(yīng)電壓產(chǎn)生的干擾電流流過參考端連線阻抗
        圖中的Cs 、Vcs、Ci和Vci即為這個(gè)干擾源等效電路，其干擾來源包括感應(yīng)干擾及電源及接地系統(tǒng)引入的干擾，對(duì)輸入端的干擾反映在Vnr之中。Cs是發(fā)端的體電容和感應(yīng)電容之和，Vci是收端的感應(yīng)干擾電壓，Ci是收端的體電容和感應(yīng)電容之和，Vci是收端的感應(yīng)干擾電壓。當(dāng)Vcs、Vci存在感應(yīng)電壓差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而在Rr上產(chǎn)生干擾電壓Vnr，要想減小感應(yīng)電壓差，必須同時(shí)減小Vcs、Vci或使其完全一致；由于Rr遠(yuǎn)小于Rs 串聯(lián)Ri，Goe與Gie之間感應(yīng)干擾電流主要通過Rr，感應(yīng)干擾電流的回路是Cs 、Ci和Rr，如果能減小Cs 、Ci或兩者，可以提高環(huán)路阻抗，也就能夠減小感應(yīng)干擾回路電流，而同時(shí)減小Cs 、Ci還能達(dá)到減小Vcs、Vci的效果，感應(yīng)干擾回路電流當(dāng)然更低，這是一個(gè)十分有用的結(jié)論，在后面的改進(jìn)電路中，這一特性將被充分利用。可以認(rèn)為Rg與Rr基本相同，它們并聯(lián)后的阻抗變化不大，所以Rg對(duì)這種干擾的影響不大。

        圖中收、發(fā)參考端與裝置地直接相連，所以Cs 、Ci都較大，感應(yīng)的干擾電壓也較大，如果裝置地還與外接地線系統(tǒng)相連，其Cs或Ci還將增大，所以收、發(fā)參考端如果存在感應(yīng)電壓差，流過Rr的干擾電流也就比較大，由此導(dǎo)致較大的干擾電壓。

        通常收、發(fā)信號(hào)端的體電容和感應(yīng)電容很小，其感應(yīng)干擾電壓很低及環(huán)路阻抗較高，這兩個(gè)因素都使環(huán)路干擾電流降低，所以信號(hào)端之間基本不受收、發(fā)端之間不平衡感應(yīng)的影響。

        地線回路干擾
        當(dāng)收、發(fā)信號(hào)端之間存在多條地線連接，每兩條地線間會(huì)形成感應(yīng)環(huán)，由感應(yīng)電壓就會(huì)形成感應(yīng)電流，由此形成地線回路干擾，圖1中Vng即使這種干擾，圖中Rg既表示存在多條地線連接的阻抗，實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種情況，其干擾幅度可能還會(huì)很大，例如系統(tǒng)中存在信號(hào)地連線，同時(shí)還有電源地連線存在，對(duì)于這種干擾單靠減小地線阻抗效果并不很好，應(yīng)該在回路中適當(dāng)?shù)牡胤讲迦胱杩挂詼p小回路電流來減小這種干擾。

　　干擾原因小結(jié)
        由以上的分析可得，非平衡信號(hào)傳輸系統(tǒng)的干擾主要來自收、發(fā)參考端的連線上，收、發(fā)信號(hào)端之間連線引入的干擾影響很小；收、發(fā)參考端連線上的干擾與裝置地及其電容密切相關(guān)；通過減小不平衡感應(yīng)電壓降低干擾需要在收、發(fā)信端采取同時(shí)降低干擾電壓的措施才有效果；減小參考端連線的阻抗Rr可以減小不平衡感應(yīng)電壓產(chǎn)生的輸入干擾；減小收、發(fā)任一參考端的電容也能減小不平衡感應(yīng)電壓產(chǎn)生的輸入干擾；地線回路干擾是由于系統(tǒng)中有多條地線存在所引起的，實(shí)際應(yīng)用往往很難避免這種情況發(fā)生。

        抗干擾非平衡信號(hào)傳輸系統(tǒng)的干擾分析
        圖2為改進(jìn)的抗干擾非平衡信號(hào)傳輸系統(tǒng)的干擾模型，與圖1不同的是，圖2多了一個(gè)隔離阻抗Ris和一個(gè)信號(hào)浮動(dòng)隔離電路SFS，這是一個(gè)輸入端浮動(dòng)隔離的非平衡信號(hào)傳輸方法，Ris的取值應(yīng)滿足：
        Ris　不要太大
        Ris >>Rr　和 Ris >>Rg　
        收、發(fā)參考端連線的感應(yīng)干擾
        這時(shí)Goe和Gis之間的阻抗就是問題的關(guān)鍵，Ris是影響這個(gè)阻抗的重要因素，Ris越大，等效電壓Vnl越大，在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中，Ris小于1000歐即可使連線的感應(yīng)干擾足夠小，而從后面的分析我們可以知道，這個(gè)條件很容易得到滿足。

        收、發(fā)參考端之間不平衡感應(yīng)電壓產(chǎn)生的干擾電流流過參考端連線阻抗
        由于Gis不是裝置地，只有很小的體電容和感應(yīng)電容，所以Goe和Gis之間不平衡感應(yīng)電壓的干擾電流也就很小，其原因前面已有說明，而 Goe與Gie之間不平衡感應(yīng)電壓的干擾源與未改進(jìn)電路的相同，但由于Ris和Rg的存在，大部分干擾電流通過Rg，流過Rr的干擾電流很小，Ris越大，流過Rr的干擾電流越小，Vnr也越小。例如，當(dāng)Rg等于Rr時(shí)，流過Rr與流過Rg的干擾電流之比等于Rg與Ris之比，因?yàn)镽g為連線電阻，可以認(rèn)為其阻抗小于１歐姆，取Ris為100歐姆時(shí)，Rr上的干擾電流就比Rg上的減小了100倍，與圖１等效電路相比，Vnr也會(huì)減小100倍，由此可知，由于Rg和Ris的存在，將有效地減小Vnr。

        地線回路干擾
        由于Ris插入裝置地和信號(hào)地連線形成的地線回路中，提高了該回路的阻抗，且Ris >>Rr　和 Ris >>Rg，所以地線回路感應(yīng)干擾電流大大減小，感應(yīng)干擾電壓大部分降在Ris上，所以Vng也會(huì)減小。例如，當(dāng)Rg等于Rr等于1歐姆，Ris為100歐姆時(shí)，環(huán)路電阻是沒有Ris的51倍，地線回路干擾電流也會(huì)降低51倍，相應(yīng)的干擾電壓Vng也減小51倍。

        抗干擾非平衡信號(hào)傳輸方法小結(jié)
        該方法在信號(hào)傳輸?shù)妮斎攵耸褂昧诵盘?hào)浮動(dòng)隔離電路，使傳輸輸入端的信號(hào)參考端與裝置地可以浮動(dòng)變化，在信號(hào)參考端與裝置地之間接入適當(dāng)阻抗值的阻抗Ris隔離干擾，就可以達(dá)到減小干擾的目的。關(guān)于Ris的選擇考慮以下關(guān)系，總干擾電壓Vn為Vnl、Vnr和Vng各干擾分量之和，Vnl隨Ris增大而增大，Vnr和Vng隨Ris增大而減小，隨Rg和Rr減小而減小，選擇適當(dāng)?shù)腞is使總干擾電壓Vn最小，就可以使信號(hào)傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能達(dá)到最佳。
        當(dāng)隔離阻抗Ris為0時(shí)，圖2電路相當(dāng)于一般的非平衡信號(hào)傳輸方法，抗干擾能力就會(huì)變得較差，可以用這一關(guān)系來驗(yàn)證本方案的有效性，這一關(guān)系同時(shí)也表明，一般的非平衡信號(hào)傳輸方法是抗干擾非平衡信號(hào)傳輸方法一個(gè)特例，所以在大多數(shù)情況下不能達(dá)到較佳的抗干擾性能，測(cè)試表明，采用抗干擾非平衡信號(hào)傳輸方法比一般的非平衡信號(hào)傳輸方法可降低傳輸干擾超過10dB。
        將該改進(jìn)方法用于信號(hào)發(fā)信端或者收信和發(fā)信端二端同時(shí)應(yīng)用都可以得到同樣的抗干擾效果，分析過程同上。