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？笔者认为有2个原因

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


  • 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。


  • 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。