[1]PCB设计实验|PCB设计中信号接地的四种接地方式|设备接地
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2024-06-01 16:30:21
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GND

GND指的是电线接地端的简写,代表地线或0线。

电路图上的和电路板上的GND代表地线或0线,GND是公共端的意思,也可以说是“地”的意思,但是这地不是真正意义上的地,而是出于应用而假设的一个地,对于电源来说,它就是一个电源的负极。它与大地是不同的,有时候需要将它与大地连接,有时候不需要,视具体情况而定。

“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种, 容易混淆,故总结一下“地”的概念。

“接地”——有设备内部的信号接地和设备接地,两者概念不同,目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

信号地又称为参考地,就是零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公共端。

(1) 直流地:直流电路“地”,零电位参考点。

(2) 交流地:交流电的零线。应与地线区别开。

(3) 功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。

(4) 模拟地:放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。

(5) 数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。

(6) “热地”:开关电源无需使用工频变压器,其开关电路的“地”和市电电网有关,即所谓的“热地”,它是带电的。

(7) “冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路常用光电耦合器,既能传送反馈信号,又将双方的“地”隔离;所以输出端的地称之为“冷地”,它不带电。


一、信号接地

设备的信号接地,可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点,它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

设备的信号接地可以分为四种:有单点接地、多点接地、浮地和混合接地。


单点接地和多点接地

单点接地:指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响,通常频率小于1MHz的电路采用一点接地。

多点接地:电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面(即设备的金属底板)。在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,常采用多点接地。


浮地

浮地:即该电路的地与大地无导体连接。优点:浮地可使功率地(强电地)和信号地(弱电地)之间的隔离电阻很大,所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。

一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗,太低的阻抗会影响设备泄漏电流的合格性。

浮地技术的应用

a. 交流电源地与直流电源地分开

一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流,导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外,交流电源的零线上往往存在很多干扰,如果交流电源地与直流电源地不分开,将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此,采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术,可以隔离来自交流电源地线的干扰。

b. 放大器的浮地技术

对于放大器而言,特别是微小输入信号和高增益的放大器,在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常。因此,采用放大器的浮地技术,可以阻断干扰信号的进入,提高放大器的电磁兼容能力。

c. 浮地技术的注意事项

(1)尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻,从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。

(2)注意浮地系统对地存在的寄生电容,高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。

(3)浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用,才能收到更好的预期效果。

(4)采用浮地技术时,应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。


虚地

虚地:没有接地,却和地等电位的点。


混合接地

混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性,这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗,因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时,将每个子系统的直流地通过10~100nF的电容器接到射频地上,这两种地应在一点有低阻抗连接起来,连接点应选在最高翻转速度(di/dt)信号存在的点。


二、设备接地

在工程实践中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还将设备的信号地,机壳与大地连在一起,以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是:

(1)保护地,保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置之间作良好的电气连接。 为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳,另一端与大地作可靠连接。

(2)防静电接地,泄放机箱上所积累的电荷,避免电荷积累使机箱电位升高,造成电路工作的不稳定。

(3)屏蔽地,避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化,造成设备工作的不稳定。

此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。

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