電路中常用的接地方法及特點

2021-11-20 · 閱讀423

電子設計常見的接地技術(shù)特點分析

邸凈宇

（天津電氣科學研究院有限公司，天津 300300）

1電路接地的作用

最初，接地技術(shù)是為了防止電力設施和電子設備遭受雷擊而采取的預防性、保護性措施，接地主要是為了將雷電中的電流經(jīng)過避雷設施引入到大地中，進而保護建筑物和電力設施。同時，接地也能夠有效保護人身安全。如果電線絕緣性能不佳或者線路老化等問題嚴重，在設備外部便會出現(xiàn)較高的危險電壓，進一步產(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，在進行電路接地設計時，必須特別關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)路影響的相關技術(shù)

2.1光耦技術(shù).

進行電子電路設計時，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

電子設計的過程中，設計的接收電路與發(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，為接收電路進行EMC檢測奠定了很好的技術(shù)基礎。

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.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

電路設計中合理處理不同信號的接地是進行接地設計與安裝的重要基礎。

(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。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殼接地，其余部分浮空。此方法具有極強的抗干擾能力，安全性高，但是實際操作則較為復雜，難以實現(xiàn)。
(4)模擬地。模擬地的接法的重要性在于其關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行接地處理時則必須按照規(guī)范嚴格進行設計工作。
(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低阻金屬材料制成，可以直接與大地相接。磁鐵、電機、變壓器以及電路線圈的磁感應的屏蔽則采用高導磁材料，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，在低頻電纜設計的屏蔽層也需要一點接地。如果電纜設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。電子設計過程中，常在小型低速設備中應用浮地技術(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，不用在設計過程中考慮過多的問題，在電子設計的實際應用中較為廣泛(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，但是實際應用時，常常會出現(xiàn)引入接地線過多的情況，需要在設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行簡單的連接，則可采用串聯(lián)模式。

4.4多點接地

日常設計中更多的會使用多點接地技術(shù)，尤其是在設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。一些高速設備在設計過程中需要在金屬機殼上多點接地，如圖3所示。需注意，接地點間距不應大于設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)被廣泛應用。因此，低阻抗地線設計需要給予特別的重視。在設計電路的過程中，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。在電路的具體設計工作中，需要對多種接地技術(shù)進行綜合評價，靈活使用接地方法，以達到快速提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的目標。

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