從電子技術的發展初期，人們就開始使用非平衡信號傳輸方式，人們已經習慣性地接受非平衡信號傳輸方式易受干擾的缺點，以致很少有人試圖從設計原理上解決這個問題，實踐中減小干擾主要依靠經驗。本文提出了一個非平衡信號傳輸的干擾模型，這個模型使人們對干擾產生過程有了更好的認識并且可以對這種干擾有更好的預測與控制，由此設計了一種新的抗干擾非平衡信號傳輸方法，通過改進信號收、發端之間的接口電路，使進入信號通路的干擾信號大大減小，達到非平衡信號抗干擾傳輸的目的，這種方法的有效性在實際應用中得到驗證，且實施成本很低。

        在抗干擾實踐中，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行電源濾波；其二是使干擾無法混入信號通道，例如平衡信號傳輸方法。第一種方法采用最多，因為不需要掌握干擾產生的詳細情況，所以實施技術難度不大。平衡信號傳輸就是采用第二種方法的情況，而對使用更為廣泛的非平衡信號傳輸方式還一直缺少使用第二種方法的技術，本文提出的就是這樣一種技術。

       下面是等效電路圖中的符號定義：
G  ：參考地
Gos：信號輸出方信號參考端
Gie：信號輸入方裝置地
Gis：信號輸入浮動隔離信號參考端
Vs ：輸出信號電壓源
Rs ：輸出信號電壓源內阻
Ri ：信號輸入端內阻
Ris：信號輸入方Gie與Gir之間的隔離阻抗
Cs ：信號輸出方裝置地相對參考地G的體電容和感應電容之和，
Vcs：信號輸出方裝置地相對參考地G的感應電壓
Ci ：信號輸入方裝置地相對參考地G的體電容和感應電容之和
Vci：信號輸入方裝置地相對參考地G的感應電壓
Rr ：信號輸入、輸出參考端連線的阻抗
Rg ：信號輸入、輸出裝置地之間連線的阻抗
Vnl：信號輸入、輸出參考端連線的感應干擾電壓
Vnr：收、發端之間不平衡感應干擾在Rr上產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；信號浮動隔離電路

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

一般非平衡信號傳輸系統的干擾分析

        圖1為一般非平衡信號傳輸系統的干擾模型，非平衡信號有一個信號端和一個參考端，通常稱參考端為信號地，其參考端電位固定，信號端電位變化。在非平衡信號傳輸的過程中，可以認為干擾主要來自參考端連線，來自信號端連線的干擾很小，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來源：其一為收、發參考端連線的感應干擾電壓，其對輸入信號的等效干擾電壓在圖中表示為Vnl；其二為收、發參考端之間不平衡感應電壓產生的干擾電流在參考端連線阻抗上的電壓降，其對輸入信號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、發參考端之間存在多條地線連接，每兩條地線間會形成感應環，由感應電壓就會形成感應電流，由此形成地線回路干擾，實際系統中經常會發生這種情況，其對輸入信號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，正是從這里出發找到了抗干擾設計的關鍵因素。下面對這三種干擾影響進行具體分析：

        收、發參考端連線的感應干擾
        圖中的Vnl即為這個干擾源產生的干擾電壓，非平衡信號通常用屏蔽線傳輸，其信號的參考端由屏蔽線的外屏蔽層連接，所以很容易感應干擾電壓，該干擾源可等效為一個高內阻的電壓源，降低其兩端的負載阻抗可以減小該干擾電壓，該負載阻抗為去除參考端連線后Goe與Gie之間的阻抗，它由以下三個阻抗并聯構成，分別是Rs 串聯Ri，Cs串聯Ci和Rg，圖中Vnl是考慮了兩端的負載阻抗因素的干擾電壓。等效電路圖中，信號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。需要注意的一點是，加粗該導體會降低其干擾源的內阻及增加感應的干擾信號，從而導致Vnl增加。

        收、發信號端連線采用屏蔽線內導體，所以感應的干擾信號可以較小；但當收信端輸入阻抗很大使其兩端負載阻抗加大時，或者屏蔽線的屏蔽效果不佳時，就會使收、發信號端連線的感應干擾影響增加；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、發信號端連線的感應干擾影響很小。

        收、發參考端之間不平衡感應電壓產生的干擾電流流過參考端連線阻抗
        圖中的Cs 、Vcs、Ci和Vci即為這個干擾源等效電路，其干擾來源包括感應干擾及電源及接地系統引入的干擾，對輸入端的干擾反映在Vnr之中。Cs是發端的體電容和感應電容之和，Vci是收端的感應干擾電壓，Ci是收端的體電容和感應電容之和，Vci是收端的感應干擾電壓。當Vcs、Vci存在感應電壓差時，就會產生感應電流，進而在Rr上產生干擾電壓Vnr，要想減小感應電壓差，必須同時減小Vcs、Vci或使其完全一致；由于Rr遠小于Rs 串聯Ri，Goe與Gie之間感應干擾電流主要通過Rr，感應干擾電流的回路是Cs 、Ci和Rr，如果能減小Cs 、Ci或兩者，可以提高環路阻抗，也就能夠減小感應干擾回路電流，而同時減小Cs 、Ci還能達到減小Vcs、Vci的效果，感應干擾回路電流當然更低，這是一個十分有用的結論，在后面的改進電路中，這一特性將被充分利用。可以認為Rg與Rr基本相同，它們并聯后的阻抗變化不大，所以Rg對這種干擾的影響不大。

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

        通常收、發信號端的體電容和感應電容很小，其感應干擾電壓很低及環路阻抗較高，這兩個因素都使環路干擾電流降低，所以信號端之間基本不受收、發端之間不平衡感應的影響。

        地線回路干擾
        當收、發信號端之間存在多條地線連接，每兩條地線間會形成感應環，由感應電壓就會形成感應電流，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，實際系統中經常會發生這種情況，其干擾幅度可能還會很大，例如系統中存在信號地連線，同時還有電源地連線存在，對于這種干擾單靠減小地線阻抗效果并不很好，應該在回路中適當的地方插入阻抗以減小回路電流來減小這種干擾。

　　干擾原因小結
        由以上的分析可得，非平衡信號傳輸系統的干擾主要來自收、發參考端的連線上，收、發信號端之間連線引入的干擾影響很小；收、發參考端連線上的干擾與裝置地及其電容密切相關；通過減小不平衡感應電壓降低干擾需要在收、發信端采取同時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電壓產生的輸入干擾；減小收、發任一參考端的電容也能減小不平衡感應電壓產生的輸入干擾；地線回路干擾是由于系統中有多條地線存在所引起的，實際應用往往很難避免這種情況發生。

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

        收、發參考端之間不平衡感應電壓產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電容，所以Goe和Gis之間不平衡感應電壓的干擾電流也就很小，其原因前面已有說明，而 Goe與Gie之間不平衡感應電壓的干擾源與未改進電路的相同，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Rg等于Rr時，流過Rr與流過Rg的干擾電流之比等于Rg與Ris之比，因為Rg為連線電阻，可以認為其阻抗小于１歐姆，取Ris為100歐姆時，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，所以地線回路感應干擾電流大大減小，感應干擾電壓大部分降在Ris上，所以Vng也會減小。例如，當Rg等于Rr等于1歐姆，Ris為100歐姆時，環路電阻是沒有Ris的51倍，地線回路干擾電流也會降低51倍，相應的干擾電壓Vng也減小51倍。

        抗干擾非平衡信號傳輸方法小結
        該方法在信號傳輸的輸入端使用了信號浮動隔離電路，使傳輸輸入端的信號參考端與裝置地可以浮動變化，在信號參考端與裝置地之間接入適當阻抗值的阻抗Ris隔離干擾，就可以達到減小干擾的目的。關于Ris的選擇考慮以下關系，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，選擇適當的Ris使總干擾電壓Vn最小，就可以使信號傳輸系統的抗干擾性能達到最佳。
        當隔離阻抗Ris為0時，圖2電路相當于一般的非平衡信號傳輸方法，抗干擾能力就會變得較差，可以用這一關系來驗證本方案的有效性，這一關系同時也表明，一般的非平衡信號傳輸方法是抗干擾非平衡信號傳輸方法一個特例，所以在大多數情況下不能達到較佳的抗干擾性能，測試表明，采用抗干擾非平衡信號傳輸方法比一般的非平衡信號傳輸方法可降低傳輸干擾超過10dB。
        將該改進方法用于信號發信端或者收信和發信端二端同時應用都可以得到同樣的抗干擾效果，分析過程同上。