在工程設(shè)計(jì)中,從參考電平的角度看,都是同一個(gè)地,最終都要接到一起獲得相同的參考電位。對于地的分開,主要是從布線的角度看的,減少不同電路之間地的干擾,而電源的地不能看成模擬地,信號地也不能看成數(shù)字地。
這主要是根據(jù)電路的性能來分割地,對于數(shù)字信號3.3v電路,2.5V電路和5V電路的地也可能有分開的需要。即使是同一個(gè)供電的數(shù)字電路,有時(shí)候也有布線的要求,例如大電流的IO部分的地,可能需要單獨(dú)處理。
大地一般指機(jī)殼,這個(gè)部分有ESD和屏蔽的需要的。有些時(shí)候電路地通過一個(gè)1M電阻同外殼相連,有時(shí)候直接連接。要根據(jù)應(yīng)用和ESD的要求來處理。
總之,地的邏輯連接特性和PCB上的物理特性是要區(qū)分來看的。理論上講地是0電壓的,但是在實(shí)際PCBA上地是有很多噪聲和反彈的。
首先先來明白幾個(gè)概念
地的分割與匯接:接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產(chǎn)品抑制電磁干擾的能力,又能減少產(chǎn)品對外的EMI發(fā)射。
接地的含義:電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”(安全地),另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”(信號地)。接地就是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準(zhǔn),并以大地作為零電位,把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地相連接。
把接地平面與大地連接,往往是出于以下考慮:
A、提高設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性;
B、靜電泄放;
C、為工作人員提供安全保障。
接地分類:數(shù)字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地
除了正確進(jìn)行接地設(shè)計(jì)、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理。控制系統(tǒng)中,大致有以下幾種地線:
(1)數(shù)字地:也叫邏輯地,是各種開關(guān)量(數(shù)字量)信號的零電位。
?。?)模擬地:是各種模擬量信號的零電位。
?。?)信號地:通常為傳感器的地。
?。?)交流地:交流供電電源的地線,這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。
?。?)直流地:直流供電電源的地。
?。?)屏蔽地:也叫機(jī)殼地,為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。
以上這些地線處理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的一個(gè)重要問題。下面就接地問題提出一些看法:
?。?)控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地。一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地,低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中,布線和元件間的電感并不是什么大問題,然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大,因此,常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn);但一點(diǎn)接地不適用于高頻,因?yàn)楦哳l時(shí),地線上具有電感因而增加了地線阻抗,同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來說,頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時(shí),采用多點(diǎn)接地;在1~10MHz之間可用一點(diǎn)接地,也可用多點(diǎn)接地。
?。?)交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,這是一個(gè)非常重要的干擾,因此必須加以隔離和防止。
?。?)浮地與接地的比較。全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個(gè)系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力,但一旦絕緣下降就會(huì)帶來干擾。還有一種方法,就是將機(jī)殼接地,其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng),安全可靠,但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。
?。?)模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力,對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計(jì)。
?。?)屏蔽地。在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制,對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題,一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成,可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng),其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。
當(dāng)信號電路是一點(diǎn)接地時(shí),低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí),將產(chǎn)生噪聲電流,形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí),輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端;相反,當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí),放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。
對于電氣系統(tǒng)的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起,而是要分成若干獨(dú)立的接地子系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線,最后才連接在一起,實(shí)行總接地。
Q1:為什么要接地?
Answer:接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施,目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地,從而起到保護(hù)建筑物的作用。同時(shí),接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段,當(dāng)某種原因引起的相線(如電線絕緣不良,線路老化等)和設(shè)備外殼碰觸時(shí),設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn)電壓產(chǎn)生,由此生成的故障電流就會(huì)流經(jīng)PE線到大地,從而起到保護(hù)作用。
隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展,在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求了。比如在通信系統(tǒng)中,大量設(shè)備之間信號的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化,信號頻率越來越高,因此,在接地設(shè)計(jì)中,信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關(guān)注,否則,接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。最近,高速信號的信號回流技術(shù)中也引入了“地”的概念。
Q2:接地的定義
Answer:在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說,該術(shù)語的含義通常是‘線路電壓的參考點(diǎn)’;對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說,它常常是機(jī)柜或機(jī)架;對電氣工程師來說,它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個(gè)比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。
Q3:常見的接地符號
Answer:PE,PGND,F(xiàn)G-保護(hù)地或機(jī)殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數(shù)字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護(hù)地GND在電路里常被定為電壓參考基點(diǎn)。
從電氣意義上說,GND分為電源地和信號地。PG是PowerGround(電源地)的縮寫。另一個(gè)是SignalGround(信號地)。實(shí)際上它們可能是連在一起的(不一定是混在一起哦?。蓚€(gè)名稱,主要是便于對電路進(jìn)行分析。
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