[求助] 機內接地的問題

[markbroadcaster]

大家好, 我有個機內接地的問題想請問大家

首先跟大家說明一下, 就我瞭解, 接地或是說擴大機內的地回路不可以是一個 "迴圈式的回路" 這個原則我知道!! 但是我遇到的問題就是我怎樣都很難避免產生 "地迴圈"......因此想請問大家, 請大家一起幫忙思考一下, 看有什麼方式可以避免

以下是我的主要問題: (原計劃只有在最前端有二個陶片電容分接來自二聲道的 Common 再下地 [機殼] 全機只有這裡接地, 因電容的作用沒有地迴圈的問題)

1- 我的下一個 DIY 製作計劃是做一台 2.1 聲道的綜合擴大機 (有前後級)
2- 二聲道從前級至後級至喇叭保護電路都有完全獨立的電源, 換言之也有完全獨立的 COMMON. 地線. 而地線則是由輸入端一直通到輸出端, 一線到底. 至於完全獨立電源是想取得最佳聲道分離度. (最低的串音)
3- 問題出在二個地方, 一是前級有個耳機放大器. 而 1/4" 的耳機座確是二聲道共用同一接地端. 這是第一個麻煩.
4- 第二個麻煩則是那個多出來的 0.5 中間重低音聲道 (Sub-Woofer) [以下簡稱 M-CH] , 他的地該怎麼接?? 如果將此接往 L-CH 或 R-CH 的其中一個嗎?? 肯定不對, 但如果二個都接, 這裡就又是一個共地端, 變成第二個麻煩.
5- 二個共地端 (耳機孔與 M-CH AMP) 造成了 "地迴圈" 這變成很難避免..... (在 COMMON 上形成迴圈, 還沒有討論到下地 [機殼] 部份)

以下是我畫的方塊圖, 請大家幫忙想想, 有什麼方式可以解套?? (PS. 我知道可以試著做單電源, 二聲道共用 Common, 但這樣一來就要犧牲分離度的串音比了, 因此我希望不到最後不得以, 不考慮回到單電源架構)



先謝謝大家的幫忙了

[xaudio]

連環套！
解套之計在於 "星狀接地" 及 "差動輸入"。

[markbroadcaster]

連環套！
解套之計在於 "星狀接地" 及 "差動輸入"。

用星狀接地....我可以想像, 但您的意思是直接放棄 "前端接地" 概念嗎?? 我從小玩 DIY 到大, 確實從未試過 "星狀接地"....可以來試試看

我剛有先搜尋一些星狀接地的資料或圖.....還無法完全掌握重點.....

但是我沒辦法把 "星狀接地" 跟 "差動放大" 有任何連想耶?? 這部份還請賜教詳情 (PS. 此機沒有差動放大級唷, 全部使用 OPA 為主動元件)

[xaudio]

前級、中級、後級，這種觀點是音響特有的，如果後級再拉回前級就扯不清了。
系統整合的觀點是很多個子系統，大家一律平等，沒有前後級之分，參考共同的 Power Ground。
差動級用一個 OPA 做基本差動放大器就不錯了，要求很高的 CMRR 才用 IA。
若所有級間的連繫都是差動信號，當然也不會出現任何 ground loop 吧！

[markbroadcaster]

那我試試看看我這樣解讀是否正確? 還請您指導~

先就 "星狀接地" 來說:

1- 我將 L-CH 與 R-CH 最前端 (我的圖最左邊) 的二顆由各自聲道上的 COMMON 接地的陶片電容取消. 二聲道的 COMMON 直接下地. (此文以後 "地" 即指 "機殼", "COMMON" 即指 "共用 COMMON") 如此一來左右二聲道 COMMON 就在前端下地了. (沒有 Loop, 並有基本的 "星狀" )
2- 將耳機座的 Ground 也接 "地 (機殻)".
3- 將 M-CH 的 COMMON 前端也接 "地 (機殼)"
4- 其他像是 CONTROL COMMON, 變壓器鐵心, 電源中心腳, 唱盤 Ground 也通通接 "地 (機殼)"

就這個接 "地 (機殼)" 來看, 就有來自四面八方的 COMMON 接此, 因此構成一 "星狀接地", 也因此也符合您說的, 把前級, 後級, M-CH分音器加後級....等等通通視為平等的獨立個體. 然後一點 (星狀) 接地.
從輸入到輸出, 則每聲道的 COMMON 就只有一個方向 (單向一條鞭) 的地, 沒有 Loop, 由電源端看也是一樣 (因為我 PCB 上有整流穩壓, 換言之 PCB 上只接 AC)
而 M-CH Common 與耳機座 Ground 則靠星壯接地點與系統上的各自 Common 連接, 但也不會構成 Loop.

我這樣解讀您的說明, 就 "星狀接地" 部份是否正確?? 如是, 那就只剩下二個問題了.....

1- 原本最左邊的陶片電容取消變成直接接地會不會有問題?? (因為我上一個 DIY 作品, 那個唱頭放大器, 也有這二顆陶片電容, 而我試過, 如果把這二顆電容取消, 讓二聲道的 COMMON 直接下地, 立即有強大的 HUM 產生, 如果只取消一個 (例如取消左聲道, 讓左聲道 COMMON 直接接地) 則左聲道會完全沒有 HUM (開到最大音量也是) 但右聲道 HUM 會增加. (這 Hum 是 120Hz 非 60Hz), 但如果保持這二顆電容, 則音量至少要開到三點鐘位置才會隱約聽到 HUM (60Hz) ....以上是我的經驗, 所以這二顆電容似乎很重要. (以前音響技術有說明這二顆電容還可以消除 AC 線上有人開關其他電器時的衝擊噪音)

2- 對於您說的 "差動輸入" 我還是不太明白, 級間連繫靠差動信號, 就我的解讀, 您是想說用 "Balance" 方式傳輸而放棄傳統的 Un-Balance 嗎??

[xaudio]

重新看了一次圖，我仍然認為星狀接地是唯一解！

合理上應該有一個接地平面或接地匯流排，Power、Phone Jack、Speaker 都要接在同一點。
機殼內採用 single-ended 沒問題，前級輸入最好是差動 (Balance / Un-Balance 不拘)。

最左邊的陶片電容似乎沒什麼道理，一般不是內部有高頻信號才需要這樣嗎？
出現 120Hz HUM 可能是別的地方有洞。

以我自己的經驗，只要嚴格遵守原則，接地不良產生 HUM 機率不高，頭大的幾乎都是 "磁漏"。
PCB 鋪銅，沒做好單點接地也會受磁場干擾，這種錯誤設計在音響套件很常見。
viewtopic.php?f=5&t=5288

能想到的差不多這樣，您參考看看。

[componentbeggar]

欣賞一下這篇文中的照片：
http://review.u-audio.com.tw/reviewdeta ... viewid=366
這是audio research DS-225，它裏面單端轉平衡用類比放大，輸出級Class-D，有一張照片清楚看到星狀接地。

2008年底開始享受星狀接地的好處：
http://blog.xuite.net/componentbeggar/twblog/123427980

[markbroadcaster]

欣賞一下這篇文中的照片：
http://review.u-audio.com.tw/reviewdeta ... viewid=366
這是audio research DS-225，它裏面單端轉平衡用類比放大，輸出級Class-D，有一張照片清楚看到星狀接地。

2008年底開始享受星狀接地的好處：
http://blog.xuite.net/componentbeggar/twblog/123427980

大師好久不見~

你貼的二張圖都是在 PCB 上做星狀接地的設計, 印象中你的唱頭放大器也曾經這樣玩過.

而我現在確是有可能要在整個機器上以 "配線" 來做 "星狀接地", 當然我相信原理是一樣的.

因此您這二張圖很具有啟發作用~謝謝啦~

[markbroadcaster]

謝謝大家的解答, 也謝謝我一位臉書上的朋友提供的建議. (她說, 地的原則就是沒有電流在跑, 也算一語驚醒我這夢中人~ )

綜合大家的建議, 我重新畫了我的系統接地配置圖給大家看看, 如果大家也覺得我這樣設計 OK, 那此 [求助] 的 Issue 就可以圓滿 Close 了. 請看下圖:



跟此討論串一開始我畫的圖相比, 原則上我做了以下的改變.

1- 取消原圖最左邊二個輸入端下地的陶片電容. (這是以前古書 "音技" 慣用的手法, 我到今天還在使用他)
2- 將二個主聲道 (L-CH 與 R-CH) 後級的輸入端與輸出端的 Common 切開 (新圖畫紅色 X 的部份) 等於後級的輸入訊號 (低電流) 與前級共用 Common (靠隔離線的地網相連前後級) 然後由前級輸入端的最前端下地.
而後級大電流部份 (電源與輸出) 則另有一組 Common 然後在最大電流處 (喇叭負端或穩壓主濾波電容負端處) 下地. 這樣後級的 Common 雖斷開, 但全機地還是等於相接.
(PS. 這招將後級 Common 切斷分成低電流 Common 接前級 與高電流 Common 接電源, 是我搜集的上百份的廠機線路圖內, 很多日本綜擴都愛用這一招. 這是跟廠機學來的)
3- 耳機座的地跟中聲道 (重低音後級 M-CH) 的 Common 就靠星狀接地來連接.
4- 這樣真正一點接地的 "接地點" 是沒有電流在跑的.

最後請問大家, 這樣改正, 大家是否也覺得認同?? 先謝謝大家的幫忙啦~

[skyboat]

圖畫得好看耶 ！我當年參與的玩意兒都是小型塑膠殼，金屬機殼沒概念，因此總認為接機殼不等同接地，應該將機殼視為系統的零組件之一，在其上慎選適當的某一點接至系統的共通電位參考點這樣子，那麼設計考量的重點就落在如何實践「星狀接地」於電路板上。

電路內的地迴路"小星星"無處不在，我的習慣是將小星星們分組標記"落點"，再依自己認為合理的"順序"連接成"星系"，最後就是大傷腦筋邊 Layout 邊調整修改讓想像成真，常見同好們刻意在 PCB 上造出一顆"星核"實在有趣，但我就是改不掉零件密集的壞習慣，星核難以成形！

最近畫的電路圖參考看看，還在想怎麼修修改改，進行 PCB Layout 之前也會用 OrCAD 重繪。

(點小圖看大圖)

[markbroadcaster]

我越來越混亂了......

等一下; 零件叫花子兄, 飛船老師, 我發現一件事, 你們二位都在討論 PCB 的 "星狀接地" 是不是在提示我, 我這 Issue 也應該從 PCB 上的星狀接地討論起??

而我當初提問時我是在想 "機內配線" 的 "接地", 因此最早由 XAudio 兄的提示, 我想到的也是 "(配線上的) 星狀接地" 而非 PCB 上的星狀接地.

這原因是在 PCB 的 Layout 設計上我都還一直停留在 "古書音技" 教的 "Common 一條鞭" 的概念. 就是由輸入往輸出 (反著走由電源往輸入也是一樣), 依照電路圖順序將該接地的零件接往 Common,

再由 Common 中選一點 (通常是前面輸入端或是電源零點端) 下地 (接機殼).

難不成這樣是錯的?? 也就是說我應該從 PCB Layout 上就該開始思考星狀接地, 而非是在機內配線上做星狀接地 (這就是我越來越混亂的點)

或是 PCB Layour 不能用一條鞭, 要用星狀接地來設計 PCB Layout, 然後配線也要星狀接地?? 就是二者都要.

是我誤會大家的意思了嗎??

PS. 我前一個作品, 唱頭放大器我就是設計每聲道一條鞭式的 Common, 然後再前端以陶片電容接地, 並未使用星狀接地, 也沒遇到很大的問題, 更沒有 Hum 的問題, 請問這是因為唱頭放大器沒有像耳機座這種共地端也沒有中間聲道這樣的共地問題嗎??

[xaudio]

沒想錯啦！我們說的是相同語言，PCB 星狀接地要大師級才會用到。
大家都在看您精湛的表演並從中學習，飛船老師也是觀眾之一，太早 close 可惜了。
由我來製造一點麻煩吧！

2- 將二個主聲道 (L-CH 與 R-CH) 後級的輸入端與輸出端的 Common 切開 (新圖畫紅色 X 的部份) 等於後級的輸入訊號 (低電流) 與前級共用 Common (靠隔離線的地網相連前後級) 然後由前級輸入端的最前端下地.
而後級大電流部份 (電源與輸出) 則另有一組 Common 然後在最大電流處 (喇叭負端或穩壓主濾波電容負端處) 下地. 這樣後級的 Common 雖斷開, 但全機地還是等於相接.

這是最精密的方法，即解套之計 Part 2 - 差動輸入。
Power AMP 一般都是 single-ended，參考前級 Common 需要另外用 OPA 做差動才行。
如果不打算增加差動級，隔離線地網應該斷開，單邊接地。
再者，若連接前後級的信號是低阻抗節點 (OPA 輸出不經過 VR)，隔離線也是多餘的。

喇叭負端先拉到後級才落地，後級的地線就會出現大電流，壓降反應到輸入信號。
正確作法是再增加 K、L、M，三個喇叭負端直接落地，這樣才能達成理想的星狀接地。

關於 2.1 聲道，我建議 L-CH、R-CH 要有高通濾波器。
整個分頻用 SVF 設計最簡單，容許的誤差自己決定，進口電容也免了。(徹底拒絕燒料)

[markbroadcaster]

沒想錯啦！我們說的是相同語言，PCB 星狀接地要大師級才會用到。
大家都在看您精湛的表演並從中學習，飛船老師也是觀眾之一，太早 close 可惜了。
由我來製造一點麻煩吧！

2- 將二個主聲道 (L-CH 與 R-CH) 後級的輸入端與輸出端的 Common 切開 (新圖畫紅色 X 的部份) 等於後級的輸入訊號 (低電流) 與前級共用 Common (靠隔離線的地網相連前後級) 然後由前級輸入端的最前端下地.
而後級大電流部份 (電源與輸出) 則另有一組 Common 然後在最大電流處 (喇叭負端或穩壓主濾波電容負端處) 下地. 這樣後級的 Common 雖斷開, 但全機地還是等於相接.

這是最精密的方法，即解套之計 Part 2 - 差動輸入。
Power AMP 一般都是 single-ended，參考前級 Common 需要另外用 OPA 做差動才行。
如果不打算增加差動級，隔離線地網應該斷開，單邊接地。
再者，若連接前後級的信號是低阻抗節點 (OPA 輸出不經過 VR)，隔離線也是多餘的。

喇叭負端先拉到後級才落地，後級的地線就會出現大電流，壓降反應到輸入信號。
正確作法是再增加 K、L、M，三個喇叭負端直接落地，這樣才能達成理想的星狀接地。

關於 2.1 聲道，我建議 L-CH、R-CH 要有高通濾波器。
整個分頻用 SVF 設計最簡單，容許的誤差自己決定，進口電容也免了。(徹底拒絕燒料)

嗯, 謝謝你的回答 那我就把喇叭負端也一起做成星狀 Grouding.

至於 L-CH/R-CH 我可能不會加 Filter, 原因是我之前加過, 其實不好聽....
因為我這主聲道只有 4W, 我只會用書架式小喇叭, 因此我覺得主聲道還是應該要有全頻能力, 重低音只是輔助主聲道的小喇叭.
如果主聲道加了 Filter, 那主聲道自己的低音喇叭 (雖然小, 但至少表現出 60Hz 以上不是問題) 不就不自然了??....
而且我在電路設計上, 我的 M-CH 是有一個開關, 可以切掉讓我的擴大機當做一般的二聲道擴大機使用的.

其實我現在就已有一台類似的 DIY AMP 每天陪著我工作, 架設在我的書房, 有來過我家的朋友應該都有聽過. 只是我現在用的這台是 OTL 老線路.
而且沒有內建 "唱頭放大器" !! 而因為只有 High Level 輸入, 所以 Ground 隨便處理都沒有任何雜音或 HUM. (主要訊源來自我的電腦)
可是當我書房換新的 KEF 書架喇叭後, 我就想換純 A 類的 OCL 擴大機, 並又想加入唱頭放大器, 那接地就變成很重要 (容易出現 HUM), 因此才會在這裡發問.
(KEF 書架小喇叭, 別看他小, 他低頻還不錯)

最後我想問 XAudio 兄或其他網兄二件事, 一是, 我這台三個後級 AMP 都是 OPA 驅動, 請問這樣也算 "差動放大" 嗎?? (我想應該是算)

二是, 如果我在二個主聲道後級要做 "分離式 COMMOM" 那麼依下圖, ABCD 四個點那個點切開做分離最好呢??



我最早的構想是切在 D 點. 但是現在我想改 A 點, 我認為 A 點才是最恰當的. 前級過來的訊號經 R131/R132 下與前級相通的 COMMON.
而後級的穩壓電源的 Common 則負責喇叭輸出負端與 OPA 的回授下地電阻 R134, 以及 DC Server 的地輸入....
請問您也會持跟我同樣的看法嗎??

[skyboat]

"分離式 COMMOM" 不知道怎麼理解！我依自己的想法改了下圖的接法參考看看，有文章寫到類似 U131 的 Bypass 電容因帶有交流漣波成份，"往右跑"比較優但可能不易實現，如紅線"往左跑"則簡單多了，畢竟 Op-amp 的耗電流數 mA 罷了，打混一下勉強過關，您圖中左下方的線頭接哪去？應是系統的"星核"吧！

[xaudio]

一是, 我這台三個後級 AMP 都是 OPA 驅動, 請問這樣也算 "差動放大" 嗎?? (我想應該是算)

這樣不是差動放大。

二是, 如果我在二個主聲道後級要做 "分離式 COMMOM" 那麼依下圖, ABCD 四個點那個點切開做分離最好呢??

我認為切不出來的，至少要另外增加一個 OPA。

機殼內用差動傳輸的大多是低準位 DC 信號，後級 0.775Vrms 已經很大了，不一定要吹毛求疵。
接地做得正確，後級輸入採用 single-ended 應該沒問題。(我的主動音箱也這樣配置)

結論：做好星狀接地，Power AMP 不需要改了。