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PCB設計中的單點(diǎn)接地, 多點(diǎn)接地, 浮地和混合接地分析

已有 1552 次閱讀2019-1-22 15:15

GND,指的是電線(xiàn)接地端的簡(jiǎn)寫(xiě)。代表地線(xiàn)或0線(xiàn)。

電路圖上和電路板上的GND(Ground)代表地線(xiàn)或0線(xiàn).GND就是公共端的意思,也可以說(shuō)是地,但這個(gè)地并不是真正意義上的地。是出于應用而假設的一個(gè)地,對于電源來(lái)說(shuō),它就是一個(gè)電源的負極。它與大地是不同的。有時(shí)候需要將它與大地連接,有時(shí)候也不需要,視具體情況而定。

設備的信號接地,可能是以設備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號的接地參考點(diǎn),它為設備中的所有信號提供了一個(gè)公共參考電位。

有單點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地,浮地和混合接地。

單點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。在低頻電路中,布線(xiàn)和元件之間不會(huì )產(chǎn)生太大影響。通常頻率小于1MHz的電路,采用一點(diǎn)接地。

多點(diǎn)接地是指電子設備中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上(即設備的金屬底板)。在高頻電路中,寄生電容和電感的影響較大。通常頻率大于10MHz的電路,常采用多點(diǎn)接地。

浮地,即該電路的地與大地無(wú)導體連接。虛地:沒(méi)有接地,卻和地等電位的點(diǎn)。

其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電阻很大,所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。

其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響,而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對模擬電路的感應干擾。

“地”是電子技術(shù)中一個(gè)很重要的概念。由于“地”的分類(lèi)與作用有多種, 容易混淆,故總結一下“地”的概念。

“接地”有設備內部的信號接地和設備接大地,兩者概念不同,目的也不同!暗亍钡慕(jīng)典定義是“作為電路或系統基準的等電位點(diǎn)或平面”。

一: 信號“地”又稱(chēng)參考“地”,就是零電位的參考點(diǎn),也是構成電路信號回路的公共端 。

(1) 直流地:直流電路“地”,零電位參考點(diǎn)。

(2) 交流地:交流電的零線(xiàn)。應與地線(xiàn)區別開(kāi)。

(3) 功率地:大電流網(wǎng)絡(luò )器件、功放器件的零電位參考點(diǎn)。

(4) 模擬地:放大器、采樣保持器、A/D轉換器和比較器的零電位參考點(diǎn)。

(5) 數字地:也叫邏輯地,是數字電路的零電位參考點(diǎn)。

(6) “熱地”:開(kāi)關(guān)電源無(wú)需使用工頻變壓器,其開(kāi)關(guān)電路的“地”和市電電網(wǎng)有關(guān),即所謂的“熱地”,它是帶電的。

(7) “冷地”:由于開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離;又由于其反饋電路常用光電耦合器,既能傳送反饋信號,又將雙方的“地”隔離;所以輸出端的地稱(chēng)之為“冷地”,它不帶電。

信號接地

設備的信號接地,可能是以設備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號的接地參考點(diǎn),它為設備中的所有信號提供了一個(gè)公共參考電位。

有單點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地,浮地和混合接地。(這里主要介紹浮地)單點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。在低頻電路中,布線(xiàn)和元件之間不會(huì )產(chǎn)生太大影響。通常頻率小于1MHz的電路,采用一點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地是指電子設備中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上(即設備的金屬底板)。在高頻電路中,寄生電容和電感的影響較大。通常頻率大于10MHz的電路,常采用

多點(diǎn)接地。浮地,即該電路的地與大地無(wú)導體連接! 虛地:沒(méi)有接地,卻和地等電位的點(diǎn)!黄鋬(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電阻很大,所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響,而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對模擬電路的感應干擾。一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻,用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻的阻抗,太低的電阻會(huì )影響設備泄漏電流的合格性。

1:浮地技術(shù)的應用

a交流電源地與直流電源地分開(kāi)

一般交流電源的零線(xiàn)是接地的。但由于存在接地電阻和其上流過(guò)的電流,導致電源的零線(xiàn)電位并非為大地的零電位。另外,交流電源的零線(xiàn)上往往存在很多干擾,如果交流電源地與直流電源地不分開(kāi),將對直流電源和后續的直流電路正常工作產(chǎn)生影響。因此,采用把交流電源地與直流電源地分開(kāi)的浮地技術(shù),可以隔離來(lái)自交流電源地線(xiàn)的干擾。

b 放大器的浮地技術(shù)

對于放大器而言,特別是微小輸入信號和高增益的放大器,在輸入端的任何微小的干擾信號都可能導致工作異常。因此,采用放大器的浮地技術(shù),可以阻斷干擾信號的進(jìn)入,提高放大器的電磁兼容能力。

c 浮地技術(shù)的注意事項

1)盡量提高浮地系統的對地絕緣電阻,從而有利于降低進(jìn)入浮地系統之中的共模干擾電流。

2)注意浮地系統對地存在的寄生電容,高頻干擾信號通過(guò)寄生電容仍然可能耦合到浮地系統之中。

3)浮地技術(shù)必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術(shù)相互結合應用,才能收到更好的預期效果。

4)采用浮地技術(shù)時(shí),應當注意靜電和電壓反擊對設備和人身的危害。

2:混合接地

混合接地使接地系統在低頻和高頻時(shí)呈現不同的特性,這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對低頻和直流有較高的阻抗,因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。當將直流地和射頻地分開(kāi)時(shí),將每個(gè)子系統的直流地通過(guò)10~100nF的電容器接到射頻地上,這兩種地應在一點(diǎn)有低阻抗連接起來(lái),連接點(diǎn)應選在最高翻轉速度(di/dt)信號存在的點(diǎn)。

二: 設備接大地

在工程實(shí)踐中,除認真考慮設備內部的信號接地外,通常還將設備的信號地,機殼與大地連在一起,以大地作為設備的接地參考點(diǎn)。設備接大地的目的是

1)保護地,保護接地就是將設備正常運行時(shí)不帶電的金屬外殼(或構架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。 為了保護人員安全而設置的一種接線(xiàn)方式。保護“地”線(xiàn)一端接用電器外殼,另一端與大地作可靠連接。

2)防靜電接地,泄放機箱上所積累的電荷,避免電荷積累使機箱電位升高,造成電路工作的不穩定。

3)屏蔽地,避免設備在外界電磁環(huán)境的作用下使設備對大地的電位發(fā)生變化,造成設備工作的不穩定。

此外還有防雷接地和音響中的音頻專(zhuān)用地等等。

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