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電路接地的分類和形式分析

0BFC_eet_china ? 2018-01-05 10:27 ? 次閱讀

1、接地的分類接地按其作用可以分為兩類:①保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地;②保障設(shè)備的正常運行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設(shè)計施工中考慮的各種要求,并不表示每種“地”都需要獨立開來。相反,除了有地電信號抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外,提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。
1.1、保護(hù)接地
1.1.1 防雷接地

防雷接地是受到雷電襲擊(直擊、感應(yīng)或線路引入)時,為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號(弱電)防雷地和電源(強電)防雷地之分,區(qū)分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同,而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上,和電源防雷地分開建設(shè)。
1.1.2 機殼安全接地

機殼安全接地是將系統(tǒng)中平時不帶電的金屬部分(機柜外殼,操作臺外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接,以保護(hù)設(shè)備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強電供電(380、220或110V),通常情況下機殼等是不帶電的,當(dāng)故障發(fā)生(如主機電源故障或其它故障)造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時,這些金屬部件或外殼就形成了帶電體,如果沒有很好的接地,那么這帶電體和地之間就有很高的電位差,如果人不小心觸到這些帶電體,那么就會通過人身形成通路,產(chǎn)生危險。因此,必須將金屬外殼和地之間作很好的連接,使機殼和地等電位。此外,保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。
1.2、工作接地

工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。
1.2.1 信號地

信號地(SG)是各種物理量的傳感器和信號源零電位以及電路中信號的公共基準(zhǔn)地線(相對零電位)。此處信號一般指模擬信號或者能量較弱的數(shù)字信號,易受電源波動或者外界因素的干擾,導(dǎo)致信號的信噪比(SNR)下降。特別是模擬信號,信號地的漂移,會導(dǎo)致信噪比下降;信號的測量值產(chǎn)生誤差或者錯誤,可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計的失敗。因此對信號地的要求較高,也需要在系統(tǒng)中特殊處理,避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線直接連接。尤其是微小信號的測量,信號地通常需要采取隔離技術(shù)。 1.2.2 模擬地 模擬地(AG)是系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于模擬電路既承擔(dān)小信號的處理,又承擔(dān)大信號的功率處理;既有低頻的處理,又有高頻處理;模擬量從能量、頻率、時間等都很大的差別,因此模擬電路既易接受干擾,又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。減小地線的導(dǎo)線電阻,將電路中的模擬和數(shù)字部分開,最后通過電感濾波和隔離,匯接到一起。

1.2.3 數(shù)字地

數(shù)字地(DG)是系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài),特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時,會在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺,易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數(shù)字部分分開,最后通過電感,匯接到一起.1.2.4 懸浮地

懸浮地(FG)是系統(tǒng)中部分電路的地與整個系統(tǒng)的地不直接連接,而是通過變壓器耦合或者直接不連接,處于懸浮狀態(tài)。該部分電路的電平是相對于自己“地”的電位。常用在小信號的提取系統(tǒng)或者強電和弱點混合系統(tǒng)中。 其優(yōu)點是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響;缺點是該電路易受寄生電容的影響,而使該電路的地電位變動和增加對模擬電路的感應(yīng)干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接,易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電,可能造成靜電擊穿或強烈的干擾。 因此,懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電阻的大小,而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號的頻率。 在下圖所示的VDD-SGND的電源供電系統(tǒng)中,所有工作點相對的地都是SGND,但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態(tài),VDD-SGND的電源供電的系統(tǒng)與整個系統(tǒng)的連接完全通過變壓器耦合,在這里設(shè)計的時候需要注意信號的連接方式。
1.2.5 電源地

電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元,而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別,因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作,又要保證其他單元穩(wěn)定可靠地工作。

1.2.6 功率地

功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強、電壓較高,所以功率地線上的干擾較大,因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線,以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

2、接地的形式

在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1MHz~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1-20,否則應(yīng)采用多點接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖所示幾種接地方式。
2.1 單點接地

工作頻率低(<1MHz)的采用單點接地式(即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點,所有對地連接都接到這一點上,并設(shè)置一個安全接地螺栓),以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合,所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點接地式。
為防止工頻和其他雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾,信號地線應(yīng)與功率地線和機殼地線相絕緣,且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連(浮地式除外)。 為防止工頻和其他雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾,信號地線應(yīng)與功率地線和機殼地線相絕緣,且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連(浮地式除外)。 2.2 多點接地 工作頻率高(>10MHz)的采用多點接地式。在該電路系統(tǒng)中,用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比,工作頻率高時將增加共地阻抗,從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾,所以要求地線的長度盡量短。采用多點接地時,盡量找最接近的低阻值接地面接地。此處電路板最好設(shè)計為多層電路(4層以上),提供一層作為地平面。2.3 混合接地

工作頻率介于1MHz~10MHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線的長度小于工作信號波長的1/20時,采用單點接地式,否則采用多點接地式。根據(jù)系統(tǒng)的需求和電路的需要進(jìn)行合理的安排。

2.4 懸浮接地

懸浮接地是系統(tǒng)的地與大地不直接連接,而是通過變壓器耦合或者直接不連接,處于懸浮狀態(tài)。懸浮接地應(yīng)注意以下幾點: (1)盡量提高浮地系統(tǒng)的對地絕緣電阻,從而有利于降低進(jìn)入浮地系統(tǒng)中的共模干擾電流,保證系統(tǒng)的可靠性。 (2)注意浮地系統(tǒng)對地存在的較大寄生電容,高頻干擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中,在設(shè)計時一定要注意。 (3)懸浮接地技術(shù)必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術(shù)相互結(jié)合應(yīng)用,才能收到更好的預(yù)期效果。 (4)采用浮地技術(shù)時,系統(tǒng)容易積累靜電,當(dāng)靜電積累到一定應(yīng)程度后,可以對人和設(shè)備產(chǎn)生很多的損害,所以要注意靜電和電壓反擊對設(shè)備和人身的危害。

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原文標(biāo)題:電路該如何接地才正確?

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