電路中常用的接地方法及特點

2021-11-20 · 閱讀434

電子設(shè)計常見的接地技術(shù)特點分析

邸凈宇

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300300）

1電路接地的作用

最初，接地技術(shù)是為了防止電力設(shè)施和電子設(shè)備遭受雷擊而采取的預(yù)防性、保護(hù)性措施，接地主要是為了將雷電中的電流經(jīng)過避雷設(shè)施引入到大地中，進(jìn)而保護(hù)建筑物和電力設(shè)施。同時，接地也能夠有效保護(hù)人身安全。如果電線絕緣性能不佳或者線路老化等問題嚴(yán)重，在設(shè)備外部便會出現(xiàn)較高的危險電壓，進(jìn)一步產(chǎn)生故障電流，電流流向大地，就會對電路產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。隨著通信技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，電路設(shè)計中只考慮系統(tǒng)的防雷問題已經(jīng)難以滿足發(fā)展的要求，在進(jìn)行電路接地設(shè)計時，必須特別關(guān)注信號間的互相干擾問題。否則，不合適的接地會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。近期的研究和應(yīng)用中，在電路的高速信號回流技術(shù)也逐漸融入了“接地”的思維。

2減少環(huán)路影響的相關(guān)技術(shù)

2.1光耦技術(shù).

進(jìn)行電子電路設(shè)計時，為了防止前面電路對后級電路的影響，常常采用光耦隔離技術(shù)。這在很大程度上降低了發(fā)送電路對接收電路產(chǎn)生的干擾。光耦的存在，在很大程度上降低了地環(huán)路影響電路的水平。

2.2隔離變壓器技術(shù)連接電路

隔離變壓器技術(shù)中，一般使用的變壓器比例為1:1，有效隔離的發(fā)送電路與接收電路能夠使接收電路的接地回路很大程度減少。

2.3共模扼流圈

電子設(shè)計的過程中，設(shè)計的接收電路與發(fā)射電路通過共模扼流圈相互連接。這樣的連接能夠使得接收電路中的回路大幅降低。此外，為接收電路進(jìn)行EMC檢測奠定了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4平 衡電路技術(shù)

采用平衡電路技術(shù)時，通常以多點并聯(lián)的電源發(fā)送電路，通過并聯(lián)在一起的模塊電路，將各個模塊進(jìn).行并聯(lián)，然后單點接地。平衡電路中，每個模塊之間的電流之間不會產(chǎn)生任何影響，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3不同信號的接地處理

電路設(shè)計中合理處理不同信號的接地是進(jìn)行接地設(shè)計與安裝的重要基礎(chǔ)。

(1)控制系統(tǒng)最適合一點接地方式。通常，在高頻電路中需要采用多點接地，而低頻電路采用一點接地即可。低頻電路的布線與元件間之間不會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電感，但是接地產(chǎn)生的環(huán)路則會造成較大干擾，所以在低頻電路中通常采用一點接地方式。在高頻電路中，地線_上會產(chǎn)生一定量的電感而增加了地線阻抗，高頻電路中的地線間又會出現(xiàn)電感耦合效應(yīng)。因此，低于1 MHz的頻率，多采用一點接地;而大于10 MHz頻率，則采用多點接地的方式。當(dāng)頻率處于1 ~ 10 MHz間則根據(jù)實際選用一點接地或者多點接地。
(2)交流地與信號地不共用的情況下，電源線的兩端一般會存在一定量的電壓。在低電平信號的電路中，這種干擾是非常重要的因素，需要特別注意隔離與防范。

(3)接地與浮地的比較。電路完全浮空是一種簡單的抗干擾方法，然而整個電路系統(tǒng)與大地絕緣電阻值不能低于50MQ。浮地具有一定的抗干擾特性，但只要絕緣能力降低就會帶來一定量的干擾。另外一種方法是將電路的機(jī)殼接地，其余部分浮空。此方法具有極強(qiáng)的抗干擾能力，安全性高，但是實際操作則較為復(fù)雜，難以實現(xiàn)。
(4)模擬地。模擬地的接法的重要性在于其關(guān)系到抗共模的干擾能力，電路中的模擬信號采用屏蔽浮技術(shù)。針對具體模擬量信號進(jìn)行接地處理時則必須按照規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計工作。
(5)屏蔽地。為了降低控制系統(tǒng)中信號的電容耦合噪聲等問題，必要時需要對信號采取屏蔽措施。按照屏蔽的目的，會存在不同的屏蔽地接法。如果是解決分布電容方面的問題通常接大地便可。接地材料一般由高導(dǎo)低阻金屬材料制成，可以直接與大地相接。磁鐵、電機(jī)、變壓器以及電路線圈的磁感應(yīng)的屏蔽則采用高導(dǎo)磁材料，能夠使得磁路產(chǎn)生閉合，通常接大地即可。假如電路信號只是一點接地，在低頻電纜設(shè)計的屏蔽層也需要一點接地。如果電纜設(shè)計的屏蔽層地點大于一個，便有可能產(chǎn)生噪聲電流，產(chǎn)生噪聲干擾源。

4電路中常用的接地方法及特點

4.1浮地技術(shù)

浮地技術(shù)是電子設(shè)計中常用的一種方法，浮地技術(shù)具有的特點是電路板信號地不與外部公共地連接，使得電路具有良好的隔離效果。基于浮地技術(shù)的電路能與外界地系統(tǒng)保持優(yōu)良的隔離效果，不會受到外界地系統(tǒng)的影響。但是電路.上常會出現(xiàn)靜電干擾現(xiàn)象，威脅到電壓安全。電子設(shè)計過程中，常在小型低速設(shè)備中應(yīng)用浮地技術(shù)。.

4.2串聯(lián)單點接地

串聯(lián)單點接地是一種十分值得推薦的接地方法,其特點是接地方式簡潔，不用在設(shè)計過程中考慮過多的問題，在電子設(shè)計的實際應(yīng)用中較為廣泛(圖1)。但是，此種接地方法容易引起電路的共阻抗耦合，使得各電路模塊間相互產(chǎn)生干擾。

4.3并聯(lián)單點接地

采用并聯(lián)單點接地的方法可以在一定范圍內(nèi)解決串聯(lián)單點接地出現(xiàn)共阻抗耦合的問題，但是實際應(yīng)用時，常常會出現(xiàn)引入接地線過多的情況，需要在設(shè)計過程中對接地方法綜合評價，選用合理的接地方法(圖2)。如果有足夠大的電路板面積，可以考慮采用并聯(lián)接地的方式;如果只要電路模塊間進(jìn)行簡單的連接，則可采用串聯(lián)模式。

4.4多點接地

日常設(shè)計中更多的會使用多點接地技術(shù)，尤其是在設(shè)計多模塊電路的過程中，其優(yōu)點在于能夠有效排除高頻對系統(tǒng)的干擾。但是采用這種接地方式容易出現(xiàn)地環(huán)路的問題，因此需要格外注意此問題，以提升系統(tǒng)的可靠性切。一些高速設(shè)備在設(shè)計過程中需要在金屬機(jī)殼上多點接地，如圖3所示。需注意，接地點間距不應(yīng)大于設(shè)備最大工作頻率波長的1/20。

5結(jié)論

目前，快速發(fā)展的大規(guī)模集成電路以及高頻電路正在各個行業(yè)被廣泛應(yīng)用。因此，低阻抗地線設(shè)計需要給予特別的重視。在設(shè)計電路的過程中，盡可能地.降低電路中的回路面積，有助于提升電路設(shè)計穩(wěn)定性以及提升電子系統(tǒng)EMC的性能。在電路的具體設(shè)計工作中，需要對多種接地技術(shù)進(jìn)行綜合評價，靈活使用接地方法，以達(dá)到快速提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的目標(biāo)。

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