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PCB设计中的四种接地模式分析

时间:2019-09-02 来源: 关键字:直流   功率   

GND,指的是电线接地端的简写。代表地线或0线。

电路图上和电路板上的GND(Ground)代表地线或0线.GND就是公共端的意思,也可以说是地,但这个地并不是真正意义上的地。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,有时候也不需要,视具体情况而定。

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。

有单点接地,多点接地,浮地和混合接地。

 

 

单点接地是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。

多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(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。

PCB设计中的四种接地模式分析

浮地,即该电路的地与大地无导体连接。虚地:没有接地,却和地等电位的点。

其优点是该电路不受大地电性能的影响。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。

“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大地,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”。

一: 信号“地”又称参考“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。

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。

有单点接地,多点接地,浮地和混合接地。(这里主要介绍浮地)单点接地是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。多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(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,即该电路的地与大地无导体连接。『 虚地:没有接地,却和地等电位的点。』其优点是该电路不受大地电性能的影响。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,太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

1: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。

2: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: 设备接大地

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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