針對(duì)地線擾動(dòng)的一種地線電流自動(dòng)補(bǔ)償方法

吳仕情 王 斌 金海彬 李小舟

(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所，北京 100086)

1 引 言

理想情況下，地線是直流和交流阻抗均為零的實(shí)體導(dǎo)體，即使地線中流過電流，地線仍處處電位相等，任意兩點(diǎn)不產(chǎn)生電位差。但考慮實(shí)際電路中，由于地線阻抗的存在，地線電流形成干擾電壓，使信號(hào)傳輸出現(xiàn)偏差，這就是地線干擾，對(duì)電子器件的工作產(chǎn)生影響。電路中地線存在于信號(hào)系統(tǒng)參考地與大地之間、不同電路模塊信號(hào)基準(zhǔn)地之間以及構(gòu)成地環(huán)路干擾的設(shè)備與大地間等，在高精度測(cè)量中，地線問題尤為突出，地線中存在的直流電流及雜波電流帶來不可忽略的測(cè)量噪聲，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度[1]。

實(shí)際電路中地線流經(jīng)電流，當(dāng)電流信號(hào)頻率為零時(shí)，地線的阻抗就是導(dǎo)線的電阻值(很小)，當(dāng)信號(hào)電流頻率不為零時(shí)，就需要考慮地線電阻的交流特性。在模擬和數(shù)字混合電路中，由于數(shù)字信號(hào)含有豐富的高次諧波分量，地線呈現(xiàn)較大的阻抗，由此產(chǎn)生較高的電壓干擾信號(hào)，數(shù)字電路有時(shí)會(huì)因此發(fā)生誤動(dòng)作，也給模擬電路帶來地電位變化和高頻干擾[2]，同時(shí)若低阻抗地線中流過不可忽略的直流電流和其他噪聲，特別是在模擬電路的輸入端及信號(hào)調(diào)理模塊的敏感區(qū)域，將直接引起輸出信號(hào)的直流偏差和噪聲干擾，難以滿足高精度儀器儀表的設(shè)計(jì)要求及高精度測(cè)量需求。本文針對(duì)高精度數(shù)?；旌想娐废到y(tǒng)，為了解決地線電流通過地線阻抗形成差模電壓對(duì)高精度測(cè)量性能造成影響的問題，提出了一種地線電流自動(dòng)補(bǔ)償方法。

2 地線干擾分析及抑制

一般情況下，地線干擾主要有地環(huán)路干擾和公共阻抗干擾[3]。不論是地環(huán)路的存在導(dǎo)致的地環(huán)路擾動(dòng)還是公共阻抗中電流流過公共阻抗產(chǎn)生壓降引起的公共阻抗耦合均會(huì)對(duì)系統(tǒng)電路的正常工作產(chǎn)生影響，尤其在高精度信號(hào)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中，這些影響將更加不可忽視，以下對(duì)地線的兩種干擾進(jìn)行分析并給出抑制地線干擾的一系列措施方法。

2.1 地環(huán)路干擾

圖1 地環(huán)路干擾框圖Fig.1 The ground wire loop disturbance

在圖1的接地電路中，由地線引起的干擾稱為地環(huán)路干擾，因此處地線阻抗的存在，當(dāng)不可忽略或較大電流流過地線時(shí)，將產(chǎn)生不可忽視的地線壓降，且電流越大，產(chǎn)生的地線壓降也就越大，對(duì)實(shí)際電路造成的影響也就越大。比如，對(duì)于圖1中兩互聯(lián)設(shè)備的最下方的地線，若附近的電氣設(shè)備正在工作且共用這段地線，那么若功率較大的電氣設(shè)備在啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)在地線中將產(chǎn)生較大的地線電流，由于電路不平衡性和不對(duì)稱性，在兩設(shè)備間互聯(lián)電纜的導(dǎo)線中產(chǎn)生的電流干擾是不同的，從而引起差模電壓干擾[4]，影響電路的正常工作。尤其在高精度測(cè)量設(shè)備的使用中，這種干擾對(duì)高精度測(cè)量結(jié)果的影響十分嚴(yán)重。此外，因?yàn)榈丨h(huán)路的存在，外界的電磁感應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生地環(huán)路干擾。

2.2 公共阻抗干擾

當(dāng)兩個(gè)甚至多個(gè)電子電路共用一段地線時(shí)，由于地線阻抗的存在，其中任何一個(gè)電路地線電位的變化均會(huì)受到其他電路影響，其影響大小由其他電路流過地線中的電流決定。即通過公共地線阻抗，電路間相互耦合相互影響，這種耦合也叫做公共阻抗耦合，示意電路如圖2(a)所示。地線阻抗Z的高頻等效模型如圖2(b)所示。

圖2 公共地線阻抗耦合電路示意圖Fig.2 Common ground wire impedance coupling circuit

易知，V0=(I1+I2)×Z。由于數(shù)字信號(hào)含有豐富的高次諧波分量，地線呈現(xiàn)較大的阻抗，在含有數(shù)字信號(hào)的電路中，地線所呈現(xiàn)的阻抗Z就會(huì)比較大，因而可能產(chǎn)生較大干擾電壓，影響其他數(shù)字電路的高低電平誤判，觸發(fā)誤動(dòng)作，給高靈敏度測(cè)量電路帶來測(cè)量誤差。

2.3 地線干擾抑制措施

需采取對(duì)應(yīng)措施來抑制地線干擾，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，一般情況下，可通過隔離的方式來削弱地環(huán)路干擾，如變壓器隔離、光電耦合、共模扼流圈隔離、同軸電纜阻隔、放大器隔離以及設(shè)備浮地等；對(duì)于消除公共阻抗干擾，可選用高電導(dǎo)率的材料作為地線，增大地線橫截面積，以減小地線阻抗?；蛘咄ㄟ^單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地等方式削弱地線公共阻抗的干擾?？偟膩碚f，在電子電路設(shè)計(jì)中，為了抑制地線干擾通常采取以下措施[5]：選擇低功耗元器件、減少流經(jīng)地線中的電流、縮減信號(hào)回路感應(yīng)磁場(chǎng)噪聲的面積、在電路中加耦合濾波電容、加大地線的橫截面積、選擇合適的接地方式(如單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地等)、各種隔離技術(shù)。

3 地線電流自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

傳統(tǒng)接地技術(shù)具有較好抑制地線干擾效果，且已被廣大的電子工程師熟練運(yùn)用，如使用變壓器隔離和光電耦合等技術(shù)可以較好地避開地環(huán)路的形成、削弱地環(huán)路干擾并將輸入輸出隔離開，實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離并控制輸出。設(shè)備浮地雖可以斷開地環(huán)路，但不夠安全，且因設(shè)備對(duì)地的寄生電容，在高頻電流作用情況下，浮地效果也不好。同時(shí)為了減弱電路中公共阻抗耦合，首先可采用上述措施減小地線阻抗直接削弱耦合效果，其次可根據(jù)電路調(diào)整接地方式，如采用多點(diǎn)并聯(lián)接地或串并聯(lián)接地等，對(duì)于削弱地線阻抗有一定作用，但經(jīng)常無法滿足超高精度測(cè)量需求，因?yàn)榈鼐€始終是存在的，阻抗也沒有變?yōu)榱?，因而地線干擾也不會(huì)完全消失，且地線中電流越大，干擾越大。而且在實(shí)際工程應(yīng)用中，也發(fā)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓存在較大的直流誤差和頻譜很豐富的雜波噪聲，而且該直流誤差和噪聲具有不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性。經(jīng)過分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于地線中存在直流電流和雜波電流，通過地線直流電阻和交流阻抗轉(zhuǎn)換成串模電壓信號(hào)，作用于信號(hào)調(diào)理電路的敏感區(qū)域，特別是電路的輸入端，從而造成信號(hào)調(diào)理電路直流誤差和噪聲。為了降低地線電流的影響，采取了地線銅箔加厚措施和并聯(lián)紫銅導(dǎo)線的措施，直流誤差和雜波噪聲都有所減小，但還是遠(yuǎn)不能滿足高精度測(cè)量要求。所以針對(duì)高精度數(shù)模混合電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了解決地線電流通過地線阻抗形成差模電壓對(duì)高精度測(cè)量性能造成影響的問題，因僅采用傳統(tǒng)地線干擾抑制措施無法達(dá)成設(shè)計(jì)目的，提出了一種地線電流自動(dòng)補(bǔ)償方法。

如圖3所示，AB之間的一段地線，理想的直流電阻或者交流阻抗均為零，即使在地線中存在直流或者交流電流IG，地線各處的電位仍處處相等，故有

V1=V2=V3=V4=…=Vn

(1)

圖3 理想地線示意圖Fig.3 Schematic diagram of ideal ground wire

在模擬和數(shù)字混合電路中，如圖4所示示例電路通常等效為如圖5所示電路，即忽略地線阻抗的影響。

圖4 示例電路框圖Fig.4 Example circuit

圖5 等效電路框圖Fig.5 Equivalent circuit

如圖6所示，實(shí)際的地線都存在直流電阻和交流阻抗，如Z1，Z2，Z3。當(dāng)電流流經(jīng)這段地線，將產(chǎn)生壓降，在電路的輸入和輸出端形成一個(gè)差模電壓信號(hào)(如VZ1，VZ2，VZ3)或者共模電壓信號(hào)(如VC1，VC2，VC3)。由于流經(jīng)地線的電流是未知的、隨機(jī)的、直流的、交流的、脈動(dòng)的，地線上的壓降也就呈現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的特性。

圖6 地線阻抗影響電路圖Fig.6 Circuit of ground wire impendence influence

圖6中，Zi=Ri+jωXi，為復(fù)數(shù)電壓與復(fù)數(shù)電流之比，是一個(gè)復(fù)數(shù)，其中Ri為直流分量，ωXi為交流分量。阻抗大小為復(fù)數(shù)阻抗的模為

(2)

阻抗大小與頻率有關(guān)，頻率越高，地線阻抗越大。圖6所示電路中，由地線電流引入作用在轉(zhuǎn)換電路輸入端的誤差為

Δ=|(IG1·Z1)×k+IG2·Z2|

(3)

作用在數(shù)字電路輸入端的地線干擾串模電壓為

VZ3=IG3·Z3

(4)

從式(3)和式(4)可以看出，當(dāng)?shù)鼐€壓降作用在一個(gè)模擬電路的輸入端或中間電路的敏感端時(shí)，將嚴(yán)重影響該模擬電路的工作特性，擾亂數(shù)字電路的正常工作時(shí)序和邏輯關(guān)系，成為模擬電路的誤差源和數(shù)字電路的干擾源。

一段電阻為10mΩ的地線,對(duì)于TTL數(shù)字電路信號(hào)該地線阻抗達(dá)到30Ω。如果這段地線接在圖6所示電路的信號(hào)調(diào)理輸入端，則有

Z1=0.01+j30

(5)

當(dāng)在這段地線上流過10mA直流電流時(shí)，將產(chǎn)生100μV的直流測(cè)量誤差?？梢姡瑢?duì)于一個(gè)高靈敏度直流測(cè)量電路，地線電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大。

在數(shù)字電路中，地線電流是一個(gè)頻譜很豐富的隨機(jī)雜波信號(hào)。當(dāng)在圖6電路Z1中流過10mA這種隨機(jī)雜波電流信號(hào)時(shí)，將在輸入端產(chǎn)生300mV的噪聲干擾電壓，給測(cè)量帶來更大的誤差，或者導(dǎo)致信號(hào)調(diào)理電路飽和。當(dāng)該電流流過圖6所示電路中的數(shù)字電路輸入端地線時(shí)，將在Z3兩端產(chǎn)生0.3V的隨機(jī)雜波電壓信號(hào)，超出數(shù)字電路的低電平容限，可能導(dǎo)致數(shù)字電路的時(shí)序和邏輯錯(cuò)誤。

為此，如圖7所示，在地線上加入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償電流，其補(bǔ)償電流等于原來流經(jīng)地線的電流，地線電流變化時(shí)補(bǔ)償電流自動(dòng)變化，最終使得流經(jīng)地線的電流為零。

圖7 地電流自動(dòng)補(bǔ)償總體方案示意圖Fig.7 Overall plan of ground current automatic compensation

補(bǔ)償思路如圖8所示：當(dāng)外電路經(jīng)過A點(diǎn)注入電流IG時(shí)，在A點(diǎn)的電流源將其旁路引開電流，使該電流不再流入地線，流經(jīng)AB間地線的電流為零，即使AB間地線阻抗Z不為零，兩端電壓仍為零。

圖8 地電流補(bǔ)償思路示意圖Fig.8 Ground current compensating method

補(bǔ)償?shù)幕驹砣鐖D9所示，在地線的A端接到放大器A1的反相輸入端，在放大器的反相輸入端和輸出端之間接一個(gè)負(fù)反饋電阻Rf，放大器的同相輸入端和地線B端一樣接入到地電平參考點(diǎn)。對(duì)于理想的運(yùn)算放大器，VOS=0，地線A點(diǎn)電位為零，流過負(fù)反饋電阻Rf的電流等于IG，流經(jīng)AB間地線的電流為零，地線電流得到自動(dòng)補(bǔ)償。

圖9 地電流自動(dòng)補(bǔ)償基本原理圖Fig.9 Basic schematic of ground current automatic compensation

為了對(duì)地線電流實(shí)現(xiàn)最大范圍的補(bǔ)償，需要根據(jù)被補(bǔ)償?shù)仉娏鱅G的最大值IGMAX和放大器A1的最大輸出電壓VOMAX，確定負(fù)反饋電阻的阻值為

(6)

在實(shí)際電路中，因?yàn)榉糯笃鞣抢硐胩匦?，所以補(bǔ)償后的地線中仍然存在剩余電流，但由于放大器開環(huán)增益對(duì)數(shù)幅度可達(dá)120dB以上，所以補(bǔ)償后剩余地線電流是極小的。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)地線自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證：一段地線，直流電阻為18mΩ,交流阻抗(@1MHz)為36Ω，被補(bǔ)償?shù)牡鼐€直流電流IGMAX測(cè)量值98mA，噪聲電流測(cè)量值11mA，放大器A1的最大輸出電壓VOMAX=10V，運(yùn)算放大器A1開環(huán)放大倍數(shù)Ad=2×106，自動(dòng)補(bǔ)償后的地線阻抗為50μΩ,效果十分明顯。

引起放大器誤差的因素一般有失調(diào)電壓、失調(diào)電流及偏置電流、溫漂等，所以根據(jù)電路疊加原理來依次分析其中幾個(gè)因素對(duì)地電流補(bǔ)償后的A點(diǎn)電壓影響。根據(jù)圖9，在僅考慮放大器A1開環(huán)增益不是無窮大時(shí)，設(shè)為A(大小百萬量級(jí))，地線的A端接到放大器A1的反相輸入端處電壓為VOS，放大器輸出電位為VO，有

(7)

令

可以得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示。

圖10 地電流自動(dòng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖Fig.10 Structure diagram of ground current automatic compensation

為研究輸入地線電流IG與VOS的關(guān)系，圖10可等效如圖11所示。

圖11 等效結(jié)構(gòu)框圖Fig.11 Equivalent structure diagram

可得系統(tǒng)傳遞函數(shù)為

(8)

由于差模放大倍數(shù)A很大，VOS輸出趨近于0，令輸入失調(diào)電流、偏置電流分別為Iio，Iib，則在A點(diǎn)產(chǎn)生的偏差電壓VOS2=(Iio+Iib)×(Z//Rf)，又放大器本身的輸入失調(diào)電壓為VOS3，則A點(diǎn)總電位為

(9)

還可以將溫度漂移引起的輸入端失調(diào)電壓考慮進(jìn)去，可根據(jù)具體運(yùn)放參數(shù)計(jì)算，這里不再贅述，所以補(bǔ)償后的地線剩余電流為VOS/Z，其中VOS是A點(diǎn)的電位。對(duì)于放大器輸入端的電壓誤差來源可分為失調(diào)電壓、偏置電流和失調(diào)電流、溫漂等在輸入端產(chǎn)生的偏差，所以選擇低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高精度自穩(wěn)零集成運(yùn)放A1可以提高地電位鉗位的程度，以提高地電流自動(dòng)補(bǔ)償電路的準(zhǔn)確性。對(duì)于高精密集成運(yùn)放，這些誤差參數(shù)的值都是極小的，如LTC1151最大輸入失調(diào)電壓0.5μV，偏置電流和失調(diào)電流典型值為(10～20)pA。與此同時(shí)，為了提高地線電流自動(dòng)補(bǔ)償電路的電流補(bǔ)償能力，可在放大器A1后串聯(lián)一個(gè)電流緩沖器A2和一個(gè)反饋電容，由于緩沖放大器A2置于閉環(huán)之內(nèi)且在A1放大器之后，即其之前的前向通道增益很大，擾動(dòng)被大程度抑制，即地電流自動(dòng)補(bǔ)償性能對(duì)于A2放大器則精度要求不高，可以選擇電流緩沖能力大的放大器提高地線電流自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/p>

如前文所述，10mA直流電流經(jīng)過10mΩ地線電阻將產(chǎn)生100μV的電壓偏差，地電流補(bǔ)償仿真如圖12所示，通過地線電流補(bǔ)償技術(shù)，地線壓降在0.4μV以下，大大提高電路系統(tǒng)準(zhǔn)確性。地電流補(bǔ)償應(yīng)用電路仿真直流掃描[6]分析如圖13所示，水平

圖12 直流地電流補(bǔ)償應(yīng)用電路仿真圖Fig.12 Circuit simulation diagram of DC ground current compensation application

橫線為地線電壓VOS，基本為零。下方斜線為流入放大器的補(bǔ)償電流，基本等于原地線電流IG。

圖13 直流掃描分析示意圖Fig.13 DC sweep analysis

實(shí)際地線電阻具有直流電阻和交流阻抗特性，除非頻率特別高，否則不考慮電容特性，根據(jù)放大器高頻開環(huán)增益衰減劇烈，電路性能將下降，過高頻不作考慮。如圖14所示對(duì)IG=10sin2πftmA仿真，f=1kHz。

圖14 交流補(bǔ)償仿真示意圖Fig.14 AC compensation simulation

這里是一種仿真示意，根據(jù)式(2)，在取仿真頻率為1kHz時(shí)，地線電感取值為L(zhǎng)=4.777mH。即地線電感流過1kHz最大幅值為10mA的正弦電流產(chǎn)生最大幅值為300mV壓降。仿真分析如圖15所示，可知地線壓降也被大幅度降低。

圖15 地電流自動(dòng)補(bǔ)償電路交流掃頻分析曲線圖Fig.15 AC sweep analysis of ground current automatic compensation circuit

圖15中，對(duì)地電流自動(dòng)補(bǔ)償電路交流掃頻分析，地線壓降被限制在μV級(jí)別，直流補(bǔ)償可在nV級(jí)別。因?yàn)殡S頻率增大，放大器開環(huán)增益衰減，參數(shù)性能下降，所以地電位鉗位能力減弱，補(bǔ)償能力變?nèi)?，差分輸入變大，地線中流過電流增大。所以可根據(jù)此地線電流補(bǔ)償思想，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，比如直流電流引起的輸出結(jié)果偏差，或不超過某個(gè)頻段的交流脈動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的噪聲干擾，比如工頻噪聲等，根據(jù)所需補(bǔ)償電流信號(hào)交直流特性及信號(hào)大小選擇運(yùn)算放大器的參數(shù)性能，做到合理的地線電流補(bǔ)償。

這里根據(jù)地線電流自動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃枷胩岢隽硪环N實(shí)用電路，如圖16所示。電流緩沖放大器輸出端流入地線電流，最下側(cè)為地線，最右側(cè)為地線電流IG=100mAdc。由圖中靜態(tài)工作點(diǎn)可以看到，地電位在347.8nV左右。

圖16 地電流自動(dòng)補(bǔ)償與地電位鉗位實(shí)用仿真電路圖Fig.16 Practical simulation circuit of ground current automatic compensation and ground potential clamp

放大器地線電位同向跟隨，且放大器的輸入阻抗很大輸入電流極小，以及地線壓降的鉗位，所以這樣通過負(fù)載的電流基本都是從后一個(gè)緩沖放大器輸出端流入或流出，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)粼瓉砹魅氲鼐€中的電流。后面的電流緩沖器增大地線電流的自動(dòng)補(bǔ)償能力，比如LT1010就是一款能夠增大前級(jí)運(yùn)放輸出電流能力的快速單位增益緩沖器，或者用OPA549同向跟隨，同樣也可以增大輸出驅(qū)動(dòng)能力。地電位強(qiáng)制鉗位原理圖如圖17所示。

圖17 地電位強(qiáng)制鉗位原理圖Fig.17 Schematic diagram of ground potential forced clamp

不妨設(shè)放大器兩端的輸入電壓為UP(參考基準(zhǔn)地0V)和UN，放大器Ax的開環(huán)增益為A1(量級(jí)在百萬級(jí)別)，放大器Ay閉環(huán)增益為A2，根據(jù)電路理論，可以得到

UN=β1U1+β2Uo

(10)

其中，

得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖18所示。

圖18 地電位鉗位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.18 Structure diagram of ground potential clamp system

根據(jù)梅森增益公式[7]得到系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為

(11)

拉氏變換有

(12)

其中，

T=RC

帶入G(S)并化簡(jiǎn)有

(13)

則閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為

(14)

得知系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零?？梢赃x擇小的RC值來完成更快的跟隨保持參考地電位的一致。

以上分析未考慮放大器漂移帶來的誤差，誤差主要來源有放大器的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、偏置電流、溫度漂移和噪聲誤差等[8]。所以考慮誤差的系統(tǒng)框圖如圖19所示。因?yàn)棣?=TS/(1+TS)的穩(wěn)態(tài)增益為0，僅考慮系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，運(yùn)算放大器Ay的輸入端誤差干擾對(duì)反饋回路β1無影響，所以圖19的系統(tǒng)框圖將放大器Ay的輸入端誤差VIOS2僅等效在輸出端的誤差VOS2。

圖19 引入誤差的地電位鉗位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.19 Structure diagram of ground potential clamp system with error considered

圖19中，VIOS1為放大器Ax失調(diào)電壓和失調(diào)電流及偏置電流等所產(chǎn)生在輸入端的誤差電壓之和，VOS2為放大器Ay輸入端引入的電壓誤差VIOS2在輸出端等效值。其中滿足VOS2=VIOS2×A2。根據(jù)梅森增益公式可得到放大器Ax引入的誤差傳遞函數(shù)

(15)

根據(jù)控制原理可以求出誤差VIOS1的穩(wěn)態(tài)輸出UOS1=VIOS1。

放大器Ay引入的誤差傳遞函數(shù)為

(16)

化簡(jiǎn)得

(17)

根據(jù)控制原理可以求出誤差VIOS2的穩(wěn)態(tài)輸出為

UOS2=VIOS2/(1+A1A2)

(18)

由于A1對(duì)數(shù)幅度可達(dá)120dB以上，所以放大器Ay產(chǎn)生的誤差被大幅度抑制，這也是雙閉環(huán)電路的優(yōu)點(diǎn)，干擾之前的系統(tǒng)前向通道增益越大，抑制干擾能力越強(qiáng)。則總輸出信號(hào)誤差為

UOS=UOS1+UOS2

(19)

誤差主要來源于第一個(gè)放大器Ax，對(duì)于放大器輸入端的電壓誤差來源可分為失調(diào)電壓、偏置電流和失調(diào)電流等在輸入端產(chǎn)生的壓降。然后帶入對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)可求出最終對(duì)輸出引起的偏差，所以放大器Ax應(yīng)選擇低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高精度自穩(wěn)零集成運(yùn)放可以提高地電位鉗位的程度。對(duì)于放大器Ay則精度要求不高，可以選擇電流緩沖能力大的放大器提高地線電流自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/p>

4 結(jié)束語

由于實(shí)際地線的非零阻抗導(dǎo)致的地線擾動(dòng)特性，使其無法滿足高精度測(cè)量要求，本文通過對(duì)地線干擾及抑制措施的探究，提出了一種新型的地線電流自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，并通過理論分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，補(bǔ)償效果十分明顯。利用此項(xiàng)技術(shù)，可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)舻鼐€中電流，解決了地線電流通過地線阻抗形成差模電壓對(duì)高精度測(cè)量性能造成影響的問題，為此，可以針對(duì)地線中不同的信號(hào)頻率及干擾性質(zhì)，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[9]，合理采用地線電流自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)提高系統(tǒng)信號(hào)的準(zhǔn)確度，同時(shí)也要合理采用相應(yīng)的接地方式，將接地、屏蔽及濾波等措施結(jié)合使用。