접지 루프(전기)

전기시스템에서 접지루프 또는 접지루프는 회로의 두 점이 동일한 접지기준전위를 가지도록 의도되어 있지만 대신 이들 ^[1]사이에 다른 전위를 가질 때 발생한다.이 문제는 일반적으로 두 접지 지점 간의 연결에 충분한 전류가 흐르면서 전압 강하가 발생하고 두 지점이 서로 다른 전위에 있을 때 발생합니다.전류는 전자유도에 의해 원형 접지접속(접지루프)에서 발생할 수 있다.

접지 루프는 오디오, 비디오 및 컴퓨터 시스템에서 노이즈, 험, 간섭의 주요 원인입니다.접지 루프를 보호하는 배선 방법에는 취약한 신호 회로가 모두 접지로서 참조되도록 하는 것이 포함됩니다.차동 신호를 사용하면 접지 유도 간섭을 제거할 수 있습니다.접지 루프를 제거하기 위해 장비에 대한 안전 접지 연결을 제거하면 안전 접지 연결이 의도하는 보호도 제거됩니다.

접지 루프 50Hz 사운드

오디오 기기를 사용하여 50Hz의 접지 루프를 캡처합니다.

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묘사

접지 루프는 접지로의 경로가 여러 개 발생하는 전기 기기의 상호 접속에 의해 발생하며, 그 결과 접지 접속을 통해 닫힌 전도성 루프가 형성됩니다.일반적인 예로는 안전을 위해 보호 접지 도체를 포함하는 플러그와 3개의 도체 케이블로 각각 주 전원 콘센트에 연결된 두 개의 전기 기기 A와 B가 있습니다.신호 케이블이 A와 B 사이에 연결되어 있는 경우 데이터 케이블의 차폐는 일반적으로 A와 B의 접지 장치 섀시에 연결됩니다.이것에 의해, 건물 배선을 개입시켜 접속되어 있는 전원 코드의 접지 도체를 통과하는 폐쇄 루프가 형성됩니다.

전력 배선 근처에는 특히 50 또는 60헤르츠로 진동하는 전력선에서 발생하는 부유 자기장이 항상 존재합니다.접지 루프를 통과하는 이러한 주변 자기장은 전자 유도에 의해 루프에 전류를 유도합니다.접지 루프는 변압기의 1회전 2차 권선 역할을 하며, 1차 권선은 근처에 있는 모든 통전 도체의 합입니다.유도 전류의 양은 인근 전류의 규모와 근접도에 따라 달라진다.산업용 모터나 변압기와 같은 고출력 기기가 있으면 간섭이 증가할 수 있습니다.접지 루프를 구성하는 도체는 보통 저항이 매우 낮기 때문에 종종 1옴 이하가 되기 때문에 약한 자기장도 상당한 전류를 유도할 수 있습니다.

2개의 기기 A, B를 접속하는 신호 케이블의 접지 도체는 케이블의 신호 경로의 일부이기 때문에 케이블을 흐르는 교류 접지 전류가 신호에 전기적 간섭을 일으킬 수 있다.케이블 접지 도체의 저항을 통해 흐르는 유도 교류로 인해 케이블 접지에 걸쳐 AC 전압이 약간 떨어집니다.이것은 다음 스테이지의 입력에 적용되는 신호에 추가됩니다.오디오 기기에서는 50Hz 또는 60Hz의 간섭이 스피커에서 윙윙거리는 소리로 들릴 수 있습니다.비디오 시스템에서는 왜곡 또는 동기 문제가 발생할 수 있습니다.컴퓨터 케이블에서는 데이터 전송이 느려지거나 실패할 수 있습니다.

접지 루프는 설계상의 결함으로 전자기기의 내부 회로에도 존재할 수 있습니다.

대표 회로

접지 루프를 나타내는 간이 회로.

회로도는 단순한 접지 루프를 나타내고 있습니다.회로 1(왼쪽) 및 회로 2(오른쪽)는 접지 $\scriptstyle R_{G}$ R $\scriptstyle R_{G}$ G $(\displaystyle$ \ $scriptstyle R_{$ G $\scriptstyle R_{G}$ 에 대한 공통 경로를 공유합니다. 이 접지 도체에는 $\scriptstyle R_{G}=0$ ( $\scriptstyle R_{G}=0$ $=$ 0 \ $displaystyle$ \ $scriptstyle R_{G}=$ 0}) $\scriptstyle R_{G}=0$ 이 없으므로 전압 강하가 발생하지 않습니다( $\scriptstyle V_{G}=0$ G $\scriptstyle V_{G}=0$ $\style V_styledisplaystyle).$ 회로 간 연결점을 일정한 접지 전위로 유지합니다.이 경우 회로 2의 출력은 $\scriptstyle V_{\text{out}}=V_{2}$ $\scriptstyle V_{\text{out}}=V_{2}$ out $=$ $\scriptstyle V_{\text{out}}=V_{2}$ {\ $displaystyle \scriptstyle V_{\text{out$ }}= $V_{2$ 입니다.

이 지상 지휘자 약간의 저항(RG>0{\displaystyle\scriptstyle R_{G}>0}) 하지만, 그것은 R1{\displaystyle\scriptstyle R_{1}}로 결과, 만약 현재(나는 1{\displaystyle\scriptstyle I_{1}})RG을 통해서 흐르는 것{\displaystyle \scrip 전압 분도기를 형성한다.tstyle $회로$ 1에서 R_ ${G}$ 이 $\scriptstyle R_{G}$ (가) 발생하면 V $\scriptstyle V_{G}\;=\;I_{1}R_{G}$ $=$ $\scriptstyle V_{G}\;=\;I_{1}R_{G}$ 1 R $\scriptstyle V_{G}\;=\;I_{1}R_{G}$ 의 $\scriptstyle V_{G}\;=\;I_{1}R_{G}$ G ${\$ $displaystyle \scriptstyle V_{G$ $}\;=\}$ 에 $\scriptstyle R_{G}$ 걸쳐 $\scriptstyle R_{G}$ 이 강하됩니다. $I_{1}R_{G}}$ 이 $\scriptstyle V_{G}\;=\;I_{1}R_{G}$ (가) 발생하여 공유 접지 연결이 더 이상 실제 접지 전위가 아닙니다.접지 도체의 이 전압은 회로 2에 인가되고 출력에 추가됩니다.

\displaystyle V_{\text{out}=V_{2}-V_{G}=V_{2}-{\frac {R_{G}}{R_{G}+R_{1}}V_{1},}

따라서 두 회로는 더 이상 서로 격리되지 않으며 회로 1은 회로 2의 출력에 간섭을 일으킬 수 있습니다.회로 2가 오디오 시스템이고 회로 1에 큰 AC 전류가 흐르고 있는 경우, 간섭은 스피커에서 50 또는 60Hz의 윙윙거리는 소리로 들릴 수 있습니다.또한 두 회로 모두 접지된 부분에 전압 $\scriptstyle V_{G}$ $(\$ 가 $\scriptstyle V_{G}$ 있어 접촉에 노출될 수 있으므로 감전 위험이 있습니다.이것은 회로 2가 꺼져 있는 경우에도 해당됩니다.

접지 루프는 전기 기기의 접지 도체에서 가장 자주 발생하지만, 두 개 이상의 회로가 공통 전류 경로를 공유하는 경우 유사한 루프가 발생할 수 있습니다. 따라서 충분한 전류가 흐를 경우 도체를 따라 유사한 문제가 있는 전압 강하가 발생할 수 있습니다.

공통 접지 루프

일반적인 접지 루프의 유형은 실험실 또는 녹음 스튜디오 기기, 가정용 컴포넌트 오디오, 비디오 및 컴퓨터 시스템 등의 전자 컴포넌트 간의 상호 접속 불량이 원인입니다.이로 인해 접지 배선 회로에 의도치 않게 닫힌 루프가 생성되어 신호 ^[2]^[3]^[4]^[5]케이블의 접지 도체를 통해 50/60Hz AC 전류가 유도되어 흐를 수 있습니다.이러한 전류에 의해 발생하는 접지 시스템의 전압 강하는 신호 경로에 추가되어 노이즈와 험을 출력에 도입합니다.루프에는, 복수의 컴포넌트가 전원 코드의 보호 접지(제3의 와이어)를 개입시켜 접지되는 경우, 건물의 유틸리티 배선 접지 시스템이 포함됩니다.

신호 케이블 접지 전류

그림 1: 실드 도체에 전류 I가 흐르는 전자 부품간의 전형적인 신호 케이블 S.

접지 루프의 증상, 전기 기기의 접지 노이즈 및 험은 접지 또는 케이블의 실드 도체에 전류가 흐르기 때문에 발생합니다.그림 1은 일반적인 라인 드라이버와 리시버 앰프(트라이앵글)^[4]를 포함한 2개의 전자 부품을 접속하는 신호 케이블 S를 나타내고 있다.케이블에는 접지 도체 또는 실드 도체가 있어 각 컴포넌트의 섀시 접지에 접속되어 있습니다.구성 요소 1(왼쪽)의 드라이버 앰프는 케이블의₁ 신호와 접지 도체 사이에 신호 V를 인가합니다.수신처단(오른쪽)에서는 신호와 접지 도체가 차동 증폭기에 접속되어 있습니다.그러면 신호 전압에서 실드 전압을 차폐하여 구성 요소 2에 대한 신호 입력이 생성되어 케이블에 의해 픽업되는 공통 모드 노이즈를 제거합니다.

V_{2}=V_{\text{S2}}-V_{\text{G2}}},

별도의 소스로부터의 전류 I가 접지 도체를 통과하면 도체의 저항 R이 IR의 케이블 접지를 따라 전압 강하를 발생시키므로 접지 도체의 대상 끝은 소스 끝과 다른 전위에 있게 됩니다.

\displaystyle V_{\text{G2}}=V_{\text{G1}-IR,}

차동 증폭기는 임피던스가 높고 신호 와이어에 전류가 거의 흐르지 않으므로

V_{\text{S2}}=V_{\text{S1}}\,

V_{\text{S2}}=V_{\text{S1}}\,

가

V_{\text{S2}}=V_{\text{S1}}\,

. V

=

V

S1

{\

text{S2

}}

= V_{\text

{S1}},} 접지

V_{\text{S2}}=V_{\text{S1}}\,

전압이 신호 전압₁ V와 직렬로 연결된 것으로 보이며 여기에 추가합니다.

({displaystyle V_{2}=V_{\text{S1}}-(V_{\text{G1}}-IR),}

({displaystyle V_{2}=V_{1}+IR,})

I가 AC 전류일 경우 구성 요소 2의 신호 경로에 노이즈가 추가될 수 있습니다.

접지 전류원

이 섹션의 그림은 2개의 접지된 전자 컴포넌트 C1과 C2를 접속하는 신호 케이블S에 의해 발생하는 일반적인 접지 루프를 나타내고 있습니다.루프는 신호 케이블의 접지 도체로 구성되며, 신호 케이블은 부품의 금속 섀시를 통해 전원 코드의 접지선 P에 연결되어 건물의 유틸리티 접지선 시스템 G를 통해 연결되는 콘센트 접지에 연결됩니다.

접지 경로의 이러한 루프는 다음 두 가지 주요 메커니즘에 의해 신호 케이블 접지에 전류를 발생시킬 수 있습니다.

부유 AC 자기장에 의해 유도되는 접지 루프 전류(B, 녹색).
접지 루프 전류는 AC 전기 배선 주위에 항상 존재하는 부유 AC 자기장^[4]^[6](B, 녹색)에 의해 유도될 수 있습니다.접지 루프는 몇 평방미터의 넓은 면적을 가질 수 있는 전도성 와이어 루프를 구성합니다.패러데이의 유도 법칙에 따르면 루프를 통과하는 모든 시간 가변 자속은 루프의 기전력(EMF)을 유도하여 시간 변동 전류가 흐르게 합니다.루프는 단락된 1회전 변압기 권선과 같은 역할을 합니다. 근처 변압기, 전기 모터 또는 바로 인접한 전원 배선에서 나오는 AC 자속은 유도에 의해 루프에 AC 전류를 유도합니다.일반적으로 루프가 차지하는 면적이 크고 루프를 통과하는 자속이 클수록 유도 전류는 커집니다.일반적으로 저항은 매우 낮으며 종종 1Ω 미만이기 때문에 유도 전류가 클 수 있습니다.
기기 A로부터의 건물 접지선 시스템의 누출 전류에 의해 발생하는 접지 루프 전류.
접지 루프 전류의 또 다른 일반적인 공급원은, 특히 고출력 기기의 경우, 전원 라인의 핫 측에서 접지 ^[2]^[7]시스템으로의 전류 누출입니다.저항성 누출 외에 저임피던스 용량성 또는 유도성 커플링을 통해 전류를 유도할 수도 있습니다.이러한 전류로부터의 전압 강하로 인해 다른 콘센트의 접지 전위는 10~20V까지^[3] 차이가 날 수 있습니다.이 다이어그램은 건물의 접지 시스템 G를 통해 서비스 패널의 유틸리티 접지 접합 지점에 있는 중립 와이어로 흐르는 전기 모터 A와 같은 기기의 누출 전류를 보여줍니다.컴포넌트 C1과 C2 사이의 접지 루프는 ^[7]전류에 대한 두 번째 병렬 경로를 생성합니다.전류는 컴포넌트 C1을 통과하여 신호 케이블 S 접지 도체 C2를 통과하고 콘센트를 통해 접지 시스템 G로 돌아갑니다.이 전류로부터 케이블의 접지 도체를 가로지르는 AC 전압 강하는 컴포넌트 C2에 ^[7]험 또는 간섭을 가져옵니다.

솔루션

접지 루프 노이즈의 해결책은 접지 루프를 차단하거나 전류가 흐르지 않도록 하는 것입니다.몇 가지 접근방식을 사용할 수 있습니다.

접지 루프에 관여하는 케이블을 번들 또는 ^[2]스네이크로 그룹화합니다.접지 루프는 여전히 존재하지만, 루프의 양쪽은 서로 가까이 있기 때문에 표류 자기장이 양쪽에서 동일한 전류를 유도하여 상쇄합니다.
방패를 부수다
신호 케이블 차폐 ^[4]도체에 브레이크를 만듭니다.브레이크는 로드 엔드에 있어야 합니다.이것은 종종 그라운드 리프팅이라고 불립니다.이것은 가장 간단한 해결책입니다. 즉, 접지 전류가 루프의 다른 쪽 암으로 흐르도록 합니다.일부 사운드 시스템 구성 요소에는 입력부에 접지 리프팅 스위치가 있어 접지가 차단됩니다.이 솔루션의 문제 중 하나는 컴포넌트에 대한 다른 접지 경로가 제거되면 컴포넌트가 접지되지 않은 상태로 유지되고 누출 전류가 흐르면서 출력이 매우 크게 윙윙거려 스피커가 손상될 수 있다는 것입니다.
차폐 내 저항기
로드 ^[4]엔드의 케이블 실드 도체에 약 10Ω의 작은 저항을 넣습니다.이는 자기장 유도 전류를 줄일 수 있을 만큼 크지만 다른 접지 경로가 제거된 경우 구성 요소가 접지된 상태를 유지할 수 있을 만큼 작습니다.고주파 시스템에서는 이 솔루션이 임피던스 미스매치와 신호 누설을 차폐로 유도하여 RFI를 생성하거나 동일한 메커니즘을 통해 대칭적으로 외부 신호 또는 노이즈를 차폐로 수신하여 원하는 신호에 혼합할 수 있습니다.
절연 변압기
케이블에서는 ^[3]^[4]접지 루프 절연 변압기를 사용합니다.이는 회선상의 차동신호를 전달하면서 컴포넌트간의 DC접속을 끊기 때문에 최선의 해결책으로 간주됩니다.한쪽 또는 양쪽 컴포넌트가 접지되어 있지 않아도 노이즈는 발생하지 않습니다.보다 나은 절연 변압기는 두 권선 사이에 접지된 차폐물이 있습니다.변압기는 일반적으로 주파수 응답에 약간의 왜곡을 일으킵니다.관련 주파수 범위용으로 특별히 설계된 변압기를 사용해야 합니다.광이소올레이터는 디지털 회선에 대해 동일한 작업을 수행할 수 있지만 신호 지연이 발생합니다.
컴퓨터 컴포넌트와 같은 고주파 노이즈가 발생하는 회로에서는 다음 어플라이언스(예를 들어 컴퓨터)에 대한 종단 직전에 페라이트 비즈 초크가 케이블 주위에 배치됩니다.이것들은 고주파에서만 높은 임피던스를 나타내므로 무선 주파수와 디지털 노이즈를 효과적으로 정지시킬 수 있지만 50/60Hz 노이즈에는 거의 영향을 주지 않습니다.
C1과 C2를 연결하는 신호 케이블의 차폐를 차폐에 병렬로 두꺼운 구리 도체를 접속하여 보강한다.이렇게 하면 차폐의 저항이 감소하므로 원하지 않는 신호의 진폭이 감소합니다.
레코딩 스튜디오에서 사용되는 기술은 구리 스트립과 같은 무거운 도체로 모든 금속 섀시를 상호 연결한 다음 한 지점에서 건물 접지 시스템에 연결하는 것입니다. 이를 스타 접지 또는 싱글 포인트 접지라고 합니다.단, 가정용 시스템에서는 보통 여러 컴포넌트가 3선 전원 코드를 통해 접지되므로 멀티포인트 접지가 발생합니다.
하나 이상의 회로에 배터리 전원을 공급하면 전체 장치가 주전원에서 분리될 수 있으므로 접지 루프를 방지할 수 있습니다.

아마추어가 사용하는 위험한 기술은 컴포넌트의 전원 코드 중 하나에서 세 번째 와이어 접지 도체 P를 절단하거나 플러그 접지 핀을 제거하거나 치터 플러그를 사용하는 것입니다.이 경우 구성 요소 중 ^[3]^[4]하나가 접지되지 않은 상태로 남아 감전 위험이 발생합니다.

밸런스 라인

보다 포괄적인 해결책은 차동 신호를 사용하는 기기를 사용하는 것입니다.접지 노이즈는 싱글 엔드 시그널링에서만 신호 패스에 들어갈 수 있습니다.단일 엔드 시그널링에서는 접지 또는 실드컨덕터가 신호 패스의 한쪽 역할을 합니다.신호가 접지에 연결되어 있지 않은 와이어 쌍을 따라 차동 신호로 전송되는 경우 신호 라인으로 유도되는 접지 시스템의 노이즈는 두 와이어 모두에서 동일한 공통 모드 신호입니다.행선지측의 회선수신기는 2개의 회선간의 전압차이인 차동신호에만 응답하기 때문에 커먼모드 노이즈는 소거된다.따라서 이러한 시스템은 접지 소음을 포함한 전기 소음에 매우 내성이 있습니다.프로페셔널 기기 및 과학 기기에서는 대부분의 경우 균형 잡힌 회선을 가진 차동 시그널링을 사용합니다.

역사

접지 루프의 원인은 반세기 이상에 걸쳐 충분히 이해되어 왔지만 여전히 여러 구성 요소가 케이블로 상호 연결되어 있는 매우 일반적인 문제입니다.그 근본적인 이유는 접지 시스템의 두 가지 기능, 즉 전자 노이즈를 줄이고 감전을 방지하는 기능 간에 피할 수 없는 충돌이 있기 때문입니다.소음의 관점에서 보면, 시스템이 건물의 접지선에 접속되어 있는 「단일점 접지」를 가지는 것이 바람직하다.그러나 국가 전기 법규에 따라 모든 주전원 구성 요소에 3선 접지가 필요한 경우가 많습니다. 안전 측면에서는 각 주전원 구성 요소를 접지하는 것이 좋습니다.단, 컴포넌트가 신호 케이블로 상호 접속되어 있는 경우, 복수의 접지 접속에 의해 접지 루프가 발생합니다.이러한 이유로 녹음 스튜디오와 같은 일부 대규모 프로페셔널 시설에서는 기기 베이와 완전히 다른2개의 접지 접속을 제공하는 경우가 있습니다.하나는 노출된 금속에 연결되는 일반적인 안전 접지이고, 다른 하나는 케이블 스크린 등의 기술적 접지입니다.

저주파 오디오 및 계측 시스템

예를 들어 가정용 HiFi 시스템에 접지된 턴테이블과 접지된 프리앰프가 포노커넥터를 사용하여 얇은 스크린 케이블(또는 스테레오 시스템에서는 케이블)에 의해 접속되어 있는 경우, 케이블 스크린 내의 구리 단면은 턴테이블 및 프리앰프용 보호 접지 도체보다 작을 가능성이 높다.따라서 루프에서 전류가 유도되면 신호 접지 복귀를 따라 전압 강하가 발생합니다.이는 원하는 신호에 직접 가산되어 불쾌한 윙윙거림이 발생합니다.예를 들어 로컬 전원 주파수에서 1mA의 $전류$ I ${displaystyle$ I $}$ 가 $I$ 접지 루프에서 유도되고 신호 케이블 화면의 $저항$ R $({displaystyle$ R $})$ 이 $R$ 100밀리오hms이면 전압 $V=I\cdot R$ 는 $V=I\cdot R$ $V=I\cdot R$ $({displaystyle$ V $=I\cdot$ R} = $V=I\cdot R$ 100Volts가 됩니다.이것은 가동 코일 픽업 카트리지의 출력 전압의 극히 일부이며, 매우 불쾌한 소음이 발생합니다.

실제로는 유도전압원인 픽업 카트리지가 턴테이블의 금속장치에 접속할 필요가 없기 때문에 신호 접지가 링크의 한쪽 끝의 섀시 또는 보호 접지에서 분리되기 때문에 일반적으로 이 문제가 발생하지 않습니다.따라서 전류 루프는 없고 접지 배치에 의한 험 문제도 없습니다.

음향 강화 시스템, 공공 주소 시스템, 악기 앰프, 녹음 스튜디오 및 방송 스튜디오 장비와 같은 더 복잡한 상황에서는 주전원 장치 항목에 많은 신호 소스가 있으며, 다른 장치 항목에 많은 입력을 제공합니다.부주의한 상호접속은 사실상 험 문제를 일으킬 수 있습니다.무지하거나 경험이 없는 사람들은 많은 경우 일부 기기의 보호 접지 도체를 제거하여 접지 루프를 파괴함으로써 이러한 문제를 해결하려고 시도했습니다.이로 인해 기기의 일부 품목에 절연 장애가 발생하여 접지되는 유일한 경로가 오디오 상호 연결을 통한 것이며, 누군가가 이를 분리하여 최대 공급 전압까지 노출되면 많은 치명적인 사고가 발생하였습니다.보호 지반을 해제하는 행위는 적절한 전기 안전 규정이 있는 국가에서 불법이며^{[citation needed]}, 경우에 따라 형사 기소가 발생할 수 있습니다.

따라서 "음" 문제는 신호 상호 연결에서 해결해야 하며, 이는 두 가지 주요 방법으로 수행되며, 조합될 수 있습니다.

격리

고립은 "흠" 문제를 해결하는 가장 빠르고 조용하며 가장 확실한 방법입니다.신호는 소형 변압기에 의해 분리되므로 소스 및 수신처 기기는 각각 자체 보호 접지 연결을 유지하지만 신호 경로에서는 서로 경유 연결이 없습니다.변압기가 모든 불균형 접속을 분리함으로써 불균형 접속을 균형 있는 접속으로 접속할 수 있기 때문에 '흠' 문제를 해결할 수 있습니다.오디오 등의 아날로그 어플리케이션에서는 변압기의 물리적인 제한에 의해 대역폭 제한 및 왜곡이 추가되어 신호 열화가 발생합니다.

균형잡힌 상호접속

이것에 의해, 접지 루프 전류에 의한 스플리어스 노이즈가, 신호가 차동하는 동안, 커먼 모드 간섭으로 바뀌어, 커먼 모드 제거율이 높은 회로에 의해서 행선지에서 분리할 수 있습니다.각 신호 출력에는 반상(反相)이 있기 때문에 종종 핫 및 콜드라고 불리는 두 개의 신호 라인이 있으며, 각 입력은 핫 와이어와 콜드 와이어 간의 전위차에 반응하며, 접지에 대한 개별 전압이 아닙니다.소수의 컴포넌트로 이 시스템을 구현할 수 있도록 특별한 반도체 출력 드라이버와 라인 리시버가 있습니다.실리콘 칩은 일반적으로 변압기보다 전반적으로 성능이 우수하고 비용도 저렴하지만 실리콘 칩에는 반드시 매우 정밀하게 일치하는 저항기가 다수 포함되어 있기 때문에 여전히 상대적으로 비용이 많이 듭니다.높은 공통 모드 제거 비율을 얻기 위한 이 일치 수준은 개별 구성요소 설계에서는 현실적으로 얻을 수 없습니다.

오디오 신호의 디지털 처리 및 전송 경향이 증가함에 따라 소형 펄스 변압기, 광커플러 또는 광섬유에 의한 모든 절연 범위가 더욱 유용하게 되었습니다.S/PDIF, AES3 또는 TOSLINK와 같은 표준 프로토콜은 비교적 저렴한 장비에서 사용할 수 있으며 완전한 분리가 가능하므로 특히 오디오 시스템과 컴퓨터 간에 연결할 때 접지 루프가 발생할 필요가 없습니다.

계측시스템에서는 측정대상 파라미터에 대한 유도AC신호의 영향을 최소화하기 위해 높은 공통모드 제거비를 갖는 차분입력 사용이 널리 행해지고 있다.또한 전력 주파수와 그 하위 고조파에 협노치 필터를 도입할 수도 있습니다.다만, 오디오 시스템에서는, 원하는 신호에 대한 부적절한 가청 효과가 있기 때문에, 이러한 필터는 도입할 수 없습니다.

아날로그 비디오 시스템

아날로그 비디오에서 메인 험은 화면 위로 수직으로 스크롤되는 험바(조금 다른 밝기의 밴드)로 볼 수 있습니다.이러한 현상은 디스플레이 장치가 3핀 플러그를 통해 케이스를 접지하고 다른 컴포넌트가 CATV 동축에 연결된 플로팅 접지를 가진 비디오 프로젝터에서 자주 볼 수 있습니다.이 경우, 비디오 케이블은 프로젝터 측과 가정용 전기 시스템의 접지 측과 케이블 TV의 접지 측으로 접지되어 케이블에 전류를 흘려 화상을 왜곡시킵니다.비디오 신호에는 DC 컴포넌트가 다르기 때문에 비디오피드의 단순한 절연 트랜스로는 이 문제를 해결할 수 없습니다.대신 분리를 CATV RF 피드에 넣어야 합니다.이를 위해 CATV 박스의 내부 설계가 제공되어야 합니다.

텔레비전 동축 케이블의 접지 루프 문제는, 수신기등의 접속되어 있는 오디오 디바이스에 영향을 줄 가능성이 있습니다.예를 들어 홈시어터 시스템의 모든 오디오·비디오 기기가 같은 콘센트에 접속되어 모두 같은 접지를 공유해도 TV에 들어가는 동축 케이블이 주택의 전기접지와는 다른 지점으로 접지되어 바람직하지 않은 원인이 되는 경우가 있다.ains는 시스템 스피커에서 윙윙거립니다.이 문제는 전적으로 기기의 설계가 잘못되었기 때문입니다.

디지털 및 RF 시스템

일반적으로 데이터를 직렬로 전송하는 디지털 시스템에서(RS232, RS485, USB, FireWire, DVI, HDMI 등) 신호 전압은 연결 케이블 스크린의 유도 전원 주파수 AC보다 훨씬 크지만 다른 문제가 발생합니다.나열된 프로토콜 중 RS232만 접지 복귀와 함께 싱글 엔드이지만 일반적으로 + 및 - 12V의 큰 신호이며, 다른 모든 프로토콜은 차동 신호입니다.간단히 말해서, 차동 프로토콜의 큰 문제는 열선과 냉선에서 접지까지의 캐패시턴스가 약간 일치하지 않거나, 열선과 냉선의 전압 변동 또는 에지 타이밍이 약간 일치하지 않으면 열선과 냉선의 전류가 균일하지 않고, 또한 전압이 신호 스크린에 결합되어, 이로 인해 신호 스크린에 장애가 발생한다는 것입니다.신호 주파수의 순환 전류 및 고조파, 최대 수 GHz까지 확장됩니다.핫 컨덕터와 콜드 컨덕터 간의 신호 전류 크기 차이는 예를 들어 A항목의 보호 접지 컨덕터에서 건물 내 공통 접지로, B항목의 보호 접지 컨덕터를 따라 흐르려고 합니다.이는 넓은 루프 영역을 포함하며 상당한 방사선을 발생시켜 EMC 규정을 위반하고 다른 기기에 간섭을 일으킬 수 있습니다.

상호성 정리의 결과로 동일한 루프가 고주파 노이즈의 수신기로 작동하며 이는 신호 회로에 다시 결합되어 심각한 신호 손상 및 데이터 손실을 일으킬 수 있습니다.예를 들어, 비디오 링크에서는, 디스플레이 디바이스에 가시적인 노이즈가 발생하거나, 동작이 정지하는 일이 있습니다.데이터 어플리케이션에서.예를 들어 컴퓨터와 네트워크 스토리지 사이에 심각한 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.

이러한 문제의 '치료법'은 저주파 및 오디오접지 루프 문제와는 다릅니다.예를 들어 Ethernet 10BASE-T, 100BASE-TX 및 1000BASE-T의 경우 데이터 스트림이 DC 콘텐츠를 회피하기 위해 맨체스터 부호화 되어 있는 경우 대부분의 설치에서 발생하는 접지 루프는 고정 RJ45 잭 본체에 내장되어 있는 신호 분리 변압기를 사용하여 회피됩니다.

다른 많은 프로토콜은 양단부 및/또는 기기 경계 바로 안쪽에 작은 페라이트 코어를 장착함으로써 데이터 보레이트 주파수로 접지 루프를 차단합니다.이것들은 차동 신호에 영향을 주지 않고 불균형한 전류 흐름을 억제하는 공통 모드 초크를 형성합니다.이 기술은 동축 인터커넥트에서도 동일하게 유효하며, 많은 캠코더에는 DC 충전이나 외부 오디오 입력 등의 보조 케이블에 페라이트 코어가 장착되어 있어 사용자가 외부 기기를 접속할 때 실수로 접지 루프가 발생했을 때 고주파 전류 흐름을 차단합니다.

RF 케이블(통상 동축)에는 페라이트 코어(대부분의 경우 상당히 큰 트로이드)가 장착되어 있어 케이블을 10회 감아 유용한 양의 공통 모드 인덕턴스를 추가할 수 있습니다.

송전할 필요가 없는 경우에는 디지털 데이터, 광섬유 사용만으로 많은 접지 루프 문제를 해소할 수 있습니다.또, 경우에 따라서는 안전상의 문제도 해소할 수 있습니다만, 실제로는 한계가 있습니다.단, 접지 루프 격리, 안전 격리 및 고장 전파 방지를 위해 광 아이솔레이터 또는 광커플러가 자주 사용됩니다.

기기의 내부 접지 루프

일반적으로 이러한 현상은 설계 불량으로 인해 발생합니다.인쇄회로기판(PCB)에 아날로그, 디지털 및 RF와 같은 혼합신호기술이 있는 경우에는 일반적으로 고도의 기술을 가진 엔지니어가 접지가 상호 연결되는 위치의 레이아웃을 지정해야 합니다.일반적으로 디지털 섹션은 필요한 낮은 인덕턴스 접지를 얻고 심각한 디지털 오작동을 일으킬 수 있는 접지 바운스를 피하기 위해 자체 접지 평면을 가집니다.그러나 디지털 접지 전류는 아날로그 접지 시스템을 통과해서는 안 됩니다.이 시스템에서는 한정된 접지 임피던스로 인한 전압 강하가 아날로그 회로에 노이즈를 주입할 수 있습니다.위상 잠금 루프 회로는 루프가 잠길 때 VCO 루프 필터 회로가 서브 마이크로볼트 신호로 동작하기 때문에 특히 취약합니다.또한 장애는 주파수 지터와 잠금이 손실될 수 있습니다.

일반적으로 회로의 아날로그 부품과 디지털 부품은 PCB의 개별 영역에 있으며, 자체 접지 평면을 가지고 있으며, 이들 부품은 신중하게 선택된 스타 포인트에서 함께 연결되어 있습니다.아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하는 경우, 스타 포인트는 ADC의 접지 단자에 있거나 매우 가까운 위치에 있어야 합니다.

차동 신호 전송, 광 또는 변압기 분리, 광섬유링크도 극단적인 경우 PCB에서 사용됩니다.

회로 설계 중

접지 및 접지 루프는 회로 설계에서도 중요합니다.많은 회로에서는 접지 평면을 통해 큰 전류가 존재할 수 있으며, 이로 인해 회로의 다른 부분에서 접지 기준의 전압 차이가 발생하여 험 등의 문제가 발생할 수 있습니다.접지 루프를 회피하거나 접지 상태가 양호함을 보증하기 위해서는 몇 가지 방법을 사용해야 합니다.

외부 실드와 모든 커넥터의 실드가 연결되어 있어야 합니다.
- 전원장치가 절연되어 있지 않은 경우, 이 외부 섀시 접지는 PCB의 접지면에 1개소만 접속해야 합니다.이를 통해 PCB의 접지면을 통과하는 대량의 전류를 방지할 수 있습니다.
- 전원장치가 절연되어 있는 경우, 이 외부접지는 2kV에서의 2200pF 등의 고전압 콘덴서를 통해 PCB의 접지면에 접속해야 합니다.
- 커넥터가 PCB에 장착되어 있는 경우, PCB의 바깥쪽 둘레에는 커넥터의 실드에 접속되어 있는 구리 조각이 포함되어 있어야 합니다.이 스트립과 회로의 메인그라운드 평면 사이에 구리가 끊어집니다.두 개는 한 지점에서만 연결해야 합니다.이렇게 하면 커넥터 실드 사이에 큰 전류가 흐르면 회로 접지면을 통과하지 않습니다.
스타 토폴로지는 루프를 피하기 위해 접지 분포에 사용해야 합니다.
고출력 디바이스는 전원장치에 가장 가까운 곳에 배치해야 하며 저전력 디바이스는 전원장치에서 더 멀리 배치할 수 있습니다.
신호는 가능하면 차동이어야 합니다.
전원장치를 분리하려면 입력 전원 또는 커넥터에 존재하는 AC가 접지 플레인에 통과하거나 다른 내부 신호에 도달할 수 있는 기생, 컴포넌트 또는 내부 PCB 전원 플레인의 캐패시턴스를 주의 깊게 확인해야 합니다.AC는 I/O 신호를 통해 소스로 돌아가는 경로를 찾을 수 있습니다.절대 제거할 수 없지만 가능한 한 최소화해야 합니다.허용량은 설계에 명시되어 있습니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ "Ground Loop", IEEE Std. 100 - Authoritative Dictionary of Standards Terms (Seventh ed.), IEEE Press, p. 494, 2000, ISBN 0738126012
^ ^a ^b ^c Vijayaraghavan, G.; Mark Brown; Malcolm Barnes (December 30, 2008). "8.11 Avoidance of earth loop". Electrical noise and mitigation - Part 3: Shielding and grounding (cont.), and filtering harmonics. EDN Network, UBM Tech. Retrieved March 24, 2014.
^ ^a ^b ^c ^d Whitlock, Bill (2005). "Understanding, finding, and eliminating ground loops in audio and video systems" (PDF). Seminar Template. Jensen Transformers, Inc. Archived from the original (PDF) on August 24, 2009. Retrieved March 24, 2014.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Robinson, Larry (2012). "About Ground Loops". MidiMagic. Larry Robinson personal website. Retrieved March 24, 2014.
^ Ballou, Glen (2008). Handbook for Sound Engineers (4 ed.). Taylor and Francis. pp. 1194–1196. ISBN 978-1136122538.
^ Vijayaraghavan, G.; Mark Brown; Malcolm Barnes (December 30, 2008). "8.8.3 Magnetic or inductive coupling". Electrical noise and mitigation - Part 3: Shielding and grounding (cont.), and filtering harmonics. EDN Network, UBM Tech. Retrieved March 24, 2014.
^ ^a ^b ^c 이 유형은 흔히 "공통 임피던스 커플링", Ballou 2008 Handbook for Sound Engineers, 제4판, 페이지 1198-1200이라고 불립니다.

외부 링크

Whitlock, Bill. "Signal Purity". Sound & Video Contractor. Archived from the original on 17 September 2004.

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[1] "Ground Loop", IEEE Std. 100 - Authoritative Dictionary of Standards Terms (Seventh ed.), IEEE Press, p. 494, 2000, ISBN 0738126012

[Vijayaraghavan8.11-2] Vijayaraghavan, G.; Mark Brown; Malcolm Barnes (December 30, 2008). "8.11 Avoidance of earth loop". Electrical noise and mitigation - Part 3: Shielding and grounding (cont.), and filtering harmonics. EDN Network, UBM Tech. Retrieved March 24, 2014.

[Whitlock-3] Whitlock, Bill (2005). "Understanding, finding, and eliminating ground loops in audio and video systems" (PDF). Seminar Template. Jensen Transformers, Inc. Archived from the original (PDF) on August 24, 2009. Retrieved March 24, 2014.

[Robinson-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Robinson, Larry (2012). "About Ground Loops". MidiMagic. Larry Robinson personal website. Retrieved March 24, 2014.

[Ballou-5] Ballou, Glen (2008). Handbook for Sound Engineers (4 ed.). Taylor and Francis. pp. 1194–1196. ISBN 978-1136122538.

[Vijayaraghavan8.8.3-6] Vijayaraghavan, G.; Mark Brown; Malcolm Barnes (December 30, 2008). "8.8.3 Magnetic or inductive coupling". Electrical noise and mitigation - Part 3: Shielding and grounding (cont.), and filtering harmonics. EDN Network, UBM Tech. Retrieved March 24, 2014.

[Ballou2-7] 이 유형은 흔히 "공통 임피던스 커플링", Ballou 2008 Handbook for Sound Engineers, 제4판, 페이지 1198-1200이라고 불립니다.

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