第八章接地

8-1.接地的定義

在現代接地概念中、對于線路工程師來說，該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點”;對于系統設計師來說，它常常是機柜或機架;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”。

8-2.各種地，電源地，信號地，模擬地，數字地如何區分?

概述

電源的地不能看成模擬地，信號地也不能看成數字地。因為電源有給模擬電路供電的，有給數字電路供電的。信號有數字信號和模擬信號。

主要是根據電路的性能來分割地，對于數字信號3.3v電路，2。5V電路和5V電路的地也可能有分開的需要。即使是同一個供電的數字電路，有時候也有布線的要求，例如大電流的IO部分的地，可能需要單獨處理。

大地一般指機殼，這個部分有ESD和屏蔽的需要的。有些時候電路地通過一個1M電阻同外殼相連，有時候直接連接。要根據應用和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分來看的。理論上講地是0電壓的，但是在實際PCBA上地是有很多噪聲和反彈的。

接地種類

關于接地：數字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地。

除了正確進行接地設計、安裝，還要正確進行各種不同信號的接地處理。控制系統中，大致有以下幾種地線：

數字地：也叫邏輯地，是各種開關量(數字量)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，這種地通常是產生噪聲的地。

直流地：直流供電電源的地。

屏蔽地：也叫機殼地，為防止靜電感應和磁場感應而設。

以上這些地線處理是系統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下面就接地問題提出一些看法

控制系統宜采用一點接地。一般情況下：高頻電路應就近多點接地，低頻電路應一點接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環路的干擾影響很大，因此，常以一點作為接地點;但一點接地不適用于高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下，可用一點接地;高于10 MHz時，采用多點接地;在1~10 MHz之間可用一點接地，也可用多點接地。

交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

浮地與接地的比較。全機浮空即系統各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個系統與大地絕緣電阻不能小于50 MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會帶來干擾。還有一種方法，就是將機殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強，安全可靠，但實現起來比較復雜。

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。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計。

屏蔽地。在控制系統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據屏蔽目的不同，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、電臺等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導流而制成，可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應，其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應一點接地。如果電纜的屏蔽層地點有一個以上時，將產生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當一個電路有一個不接地的信號源與系統中接地的放大器相連時，輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端;相反，當接地的信號源與系統中不接地的放大器相連時，放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。

對于電氣系統的接地，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，而是要分成若干獨立的接地子系統，每個子系統都有其共同的接地點或接地干線，最后才連接在一起，實行總接地。

8-3.為什么要接地?

接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。

接地是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起的相線(如電線絕緣不良，線路老化等)和設備外殼碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產生，由此生成的故障電流就會導流經PE線到大地，從而起到保護作用。

隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。比如在通信系統中，大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準‘地’作為信號的參考地。

隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。最近，高速信號的信號回流技術中也引入了“地”的概念。

8-4，如何選擇合適的接地方式?

接地有多種方式，有單點接地，多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯單點接地和并聯單點接地。一般來說，單點接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區分別以及低頻(f<1MHz)電子線路。當設計高頻(f>10 MHz)電路時就要采用多點接地了或者多層板(完整的地平面層)。

8-5，為什么要將模擬地和數字地分開，如何分開?

模擬信號和數字信號都要回流到地，因為數字信號變化速度快，從而在數字地上引起的噪聲就會很大，而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起，噪聲就會影響到模擬信號。

一般來說，模擬地和數字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。總的思想是盡量阻隔數字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數字地必須分開，如果模擬部分附近的數字地還是很干凈的話可以合在一起。

8-6，單板上的信號如何接地?

對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設計后，對于

一般信號的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續性，減少過孔數量;靠近地平面或者電源平面，等等。

8-7.單板的接口器件如何接地?

有些單板會有對外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網口RJ 45連接器等等，如果為它們的接地設計得不好也會影響到正常工作，例如網口互連有誤碼，丟包等，并且會成為對外的電磁干擾源，把板內的噪聲向外發送。一般來說會單獨分割出一塊獨立的接口地，與信號地的連接采用細的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的，對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。

8-3.帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地?

屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號地上，這是因為信號地上有各種的噪聲，如果屏蔽層接到了信號地上，噪聲電壓會驅動共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設計不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當然前提是接口地也要非常的干凈

8-9.簡述常見的接地符號

PE，PGND，FG-保護地或機殼；

BGND或DC-RETURN-直流-48 V（+24 V）電源（電池）回流；

GND-工作地；

DGND-數字地；

AGND一模擬地；

LGND一防雷保護地。

GND在電路里常被定為電壓參考基點。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。另一個是Signal Ground(信號地)。實際上它們能是連在一起的(不一定是混在一起哦!)。兩個名稱，主要是便于對電路進行分析。進一步說，還有因電路形式不同而必須區分的兩種“地”：數字地，模擬地.數字地和模擬地表有信號地、電源地兩種情況。數字地和模擬地之間，某些電路可以直接連接，有些電路要電抗器連接，有些電路不可連接。

8-10，導致地線干擾問題的根本原因是什么?

地線的阻抗是導致地線問題的根本原因，由于地線阻抗的存在，當地線上流過電流時就會產生電壓，形成電位差，而我們在設計電路時，是假設地線上各點電位是相同的，地電位是整個系統工作的參考電位，實際地線電位與假設條件的不同導致了各種各樣的地線題。

8-11.在進行電磁干擾問題分析時，往往用什么定義來描述地線?

將地線定義為信號的回流線。

8-12，為什么在有些進口樣機中看到有些地線通過電容或電感接地?

為了使地線系統對于不同頻率的信號呈現不同的地線結構。

8-13.請列出盡可能多的降低地線射頻阻抗的方法?

盡量使用表面積大的導體，以減小高頻電流的電阻;盡量使導體短些，以減小電阻和感;在導體表面鍍銀，減小表面電阻;多根導體并聯，減小電感。

8-14，接地及其功能

與接地有關的名詞術語：地ground：

導電性的土壤，具有等電位，且任意點的電位可以看成零電位。

導電體，如土壤或鋼船的外殼，作為電路的返回通道，或作為零電位參考點。

電路中相對于地具有零電位的位置或部分。

電路與地或其它起到地的作用的導電體的有意的或偶然的連接。(ANSIC63.14-19984.9)

接地(動詞)grounding，earthing：指將有關系統、電路或設備與地連(GB/T 17949.1-2000)

接地(名詞) earth，ground：一種有意或非有意的導電連接，由于這種連接，可使電路或電氣設備接到大地或接到代替大地的、某種較大的導電體。[注：接地的目的是：

使連接到地的導體具有等于或近似于大地(或代替大地的導電體)的電位;

引導入地電流流入和流出大地(或代替大地的導電體)。(GB/T 17949.1-20004.1)

接地(參考)平面earth(reference) plane：一塊導電平面，其電位用作公共參考電位。(GB/T 4365-19954.36)

搭接bonding：將設備、裝置或系統的外暴可導電部分或外部可導電部分連接在一起以確保它們具有相同的電位的過程。(IEC 61000-5-2-19973.1)單點接地single-point ground：單點接地，指網絡中只有一點被定義為接地點，其它需要接地的點都直接接在該點上。(ANSIC 63.14-19984.318)

等電位搭接equipotential bonding：使各外露可導電部分和裝置外可導電部分的電位基本相等的電氣連接。(GB 50054-1995)

多點接地multi-point ground：每個子系統的“地”都直接接到距它最近的基準面上。

浮點接地floating ground：將整個網絡完全與大地隔離，使電位飄浮。要求整個網絡與地之間的絕緣電阻在50M歐以上，絕緣下降后會出現干擾。通常采用機殼接地，其余的電路浮地。(IEEE Std. 1050-19965.3.3)

接地電阻ground resistance：接地極與電位為零的遠方接地極之間的歐姆律電阻。(注：所謂遠方是指一段距離，在此距離下，兩個接地板的相互電阻值基本為零。)(GB/T17949.1-20004.11)

工頻接地電阻power frequency ground resistance：工頻電壓流過接地裝置時，接地極與電位為零的遠方接地極之間的歐姆律電阻。其數值等于接地裝置對地電壓與通過接地極流入地中電流的比值。(DL/T 621-19972.11)

接觸電壓touchvoltage：接地的金屬結構和地面上相隔一定距離一點間的電位差。此距離通常等于最大的水平伸臂距離，約為1m。(GB/T 17949.1-20004.17)。

跨步電壓step voltage：指地面上一步距離的兩點間的電位差，此距離取最大電位梯度方向上1m的長度。(注：當工作人員站立在大地或某物之上，而有電流流過該大地或該物時，此電位差可能是危險的，在故障狀態時尤其如此。)(GB/T 17949.1-20004.18)

接地基準點earthingreferencepoint(ERP)

共用接地系統與系統的等電位連接網絡之間的唯一連接點。(IEC 61312-1-19951.3.2)接地裝置earth-termination system

接地線和接地極的總和。(GB 50057-1994)

信號地signalground

電路中各信號的公共參考點，即電氣及電子設備、裝置及系統工作時信號的參考點。(IEEE Std 1050-1999)

8-15，什么是搭接?舉出幾種搭接的方法。

金屬構件之間的低阻抗(射頻)連接稱為搭接，搭接的方式有焊接、鉚接、螺釘連接、電磁密封襯墊連接等。

8-16.怎樣防止搭接點出現電化學腐蝕現象?

選擇電化學電位接近的金屬，或對接觸的局部進行環境密封，隔絕電解液。

8-17.電源線的地與PE地有何關系?

電源線的地與PE地完全是兩回事，當電源設備被雷擊時，電源線的地會產生數萬伏的跨步電壓，即電源線的地與PE地之間也會產生數萬伏的電位差(如果電源線的地在設備端不互相聯接時)，因此電源線的地與PE地根本不是一回事，所以在用戶端電源線的地必須要與PE 地聯接在一起是必須的。

對于一類電子產品一般有兩個安全地，第一個是三芯電源線的地(與電網設備的地聯通)，另一個是本用戶的地(PE地，如自來水管，也稱大地)，在國際電工標準之中，只有

一個地，就是大地，其它的地都是用戶自己定義的，或用戶自己可定義各種不同定義的地。

PE是安全地(防止人體觸電)，即為了防止機器漏電，外殼(人體可觸摸到的地方)必接大地;熱地一般是指變壓器初級線圈電路的公共端(帶電，人體不能觸摸);冷地一般指變壓器次級線圈的公共端，冷地同樣也會帶電(靜電)，當次級線圈的輸出電壓很高時比如高于4000 V)，必須考慮靜電對人體放電的安全電荷不能超過0.45微庫倫。此時冷地需要接一個靜電泄放電阻到大地或熱地。