接地與浮地技術(shù)(精華)

1、接地與浮地技術(shù)分析“接地”有設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地和設(shè)備接大地，兩者概念不同，目的也不同 “地”的經(jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準(zhǔn)的等電位點(diǎn)或平面”。一：信號(hào)“地”又稱參考“地”，就是 零電位的參考點(diǎn)，也是構(gòu)成電路信號(hào)回 路的公共端。(1)直流地：直流電路“地”，零電位參考點(diǎn)。(2)交流地：交流電的零線。應(yīng)與地線區(qū)別開。(3)功率地：大電流網(wǎng)絡(luò)器件、功放器件的零電位參考點(diǎn)。(4)模擬地：放大器、采樣保持器、 A/D轉(zhuǎn)換器和比較器的零電位參考點(diǎn)。(5)數(shù)字地：也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零電位參考點(diǎn)。(6) “熱地”：開關(guān)電源無需使用工頻變壓器，具開關(guān)電路的“地”和市電電網(wǎng)有關(guān)，即所謂的“熱地”，它是帶電

2、的。(7) “冷地”：由于開關(guān)電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離；又由于其反 饋電路常用光電耦合器，既能傳送反饋信號(hào)，又將雙方的“地”隔離；所以輸 出端的地稱之為“冷地”，它不帶電。信號(hào)接地：設(shè)備的信號(hào)接地，可能是以設(shè)備中的一點(diǎn)或一塊金屬來作為信號(hào)的 接地參考點(diǎn)，它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地，浮地和混合接地。(這里主要介紹浮地)單點(diǎn)接地是 指整個(gè)電路系統(tǒng)中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的 點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。在低頻電路中，布線和元件之間不會(huì)產(chǎn)生太大影響。 通常頻率小于1MHZ勺電路，采用一點(diǎn)接地。 多點(diǎn)接地是指電子設(shè)備中各個(gè)接地 點(diǎn)都直

3、接接到距它最近的接地平面上(即設(shè)備的金屬底板)。在高頻電路中，寄生電容和電感的影響較大。通常頻率大于 10MHz勺電路，常采用多點(diǎn)接地。浮地，即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接 。虛地：沒有接地，卻和 地等電位的點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地(強(qiáng)電地)和信號(hào)地(弱電地)之間的隔離電阻很大，所以能阻止共地阻抗電路性 耦合產(chǎn)生的電磁干擾。其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地 電位變動(dòng)和增加了對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之 間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻 的阻抗，太低的電阻會(huì)影響設(shè)備泄漏電流的合格性。1 :浮地

4、技術(shù)的應(yīng)用a交流電源地與直流電源地分開一般交流電源的零線是接地的。但由于存在接地電阻和其上流過的電流，導(dǎo)致 電源的零線電位并非為大地的零電位。另外，交流電源的零線上往往存在很多 干擾，如果交流電源地與直流電源地不分開，將對(duì)直流電源和后續(xù)的直流電路 正常工作產(chǎn)生影響。因此，采用把交流電源地與直流電源地分開的浮地技術(shù)， 可以隔離來自交流電源地線的干擾。b放大器的浮地技術(shù)對(duì)于放大器而言，特別是微小輸入信號(hào)和高增益的放大器，在輸入端的任何微小的干擾信號(hào)都可能導(dǎo)致工作異常。因此，采用放大器的浮地技術(shù)，可以阻斷干擾信號(hào)的進(jìn)入，提高放大器的電磁兼容能力。c 浮地技術(shù)的注意事項(xiàng)1 ）盡量提高浮地系統(tǒng)的對(duì)地絕緣

5、電阻，從而有利于降低進(jìn)入浮地系統(tǒng)之中的共模干擾電流。2）注意浮地系統(tǒng)對(duì)地存在的寄生電容，高頻干擾信號(hào)通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中。3）浮地技術(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(shí)，應(yīng)當(dāng)注意靜電和電壓反擊對(duì)設(shè)備和人身的危害。2：混合接地混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性，這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對(duì)低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。當(dāng)將直流地和射頻地分開時(shí)，將每個(gè)子系統(tǒng)的直流地通過10100nF的電容器接到射頻地上，這兩種地應(yīng)在一點(diǎn)有低阻抗連接起來，連接點(diǎn)應(yīng)選在最高翻轉(zhuǎn)速度（di/dt ）信

6、號(hào)存在的點(diǎn)。二： 設(shè)備接大地在工程實(shí)踐中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外，通常還將設(shè)備的信號(hào)地，機(jī)殼與大地連在一起，以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。設(shè)備接大地的目的是1 ）保護(hù)地，保護(hù)接地就是將設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬外殼（或構(gòu)架）和接地裝置之間作良好的電氣連接。為了保護(hù)人員安全而設(shè)置的一種接線方式。保護(hù)“地”線一端接用電器外殼，另一端與大地作可靠連接。2）防靜電接地，泄放機(jī)箱上所積累的電荷，避免電荷積累使機(jī)箱電位升高，造成電路工作的不穩(wěn)定。3）屏蔽地，避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的作用下使設(shè)備對(duì)大地的電位發(fā)生變化，造成設(shè) 備工作的不穩(wěn)定。此外還有防雷接地和音響中的音頻專用地等等。Q1:為什么要接地？

7、Answer： 接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用。同時(shí)，接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段，當(dāng)某種原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設(shè)備外殼碰觸時(shí)，設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn)電壓產(chǎn)生，由此生成的故障電流就會(huì)流經(jīng) PE線到大地，從而起到保護(hù)作用。隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不能滿足要求了。比如在通信系統(tǒng)中，大量設(shè)備之間信號(hào)的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)地作為信號(hào)的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化，信號(hào)頻率越來越高，因此，在接地設(shè)計(jì)中，信號(hào)之

8、間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關(guān)注，否則，接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。最近，高速信號(hào)的信號(hào)回流技術(shù)中也引入了“地”的概念。Q2:接地的定義Answer: 在現(xiàn)代接地概念中、對(duì)于線路工程師來說，該術(shù)語的含義通常是線路電壓的參考點(diǎn)；對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，它常常是機(jī)柜或機(jī)架；對(duì)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(gè)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 ”。Q3:常見的接地符號(hào)Answer: PE,PGND,FG-保護(hù)地或機(jī)殼；BGNDE DC-RETURN直流48V（+24V）電 源（電 池）回流；GND工作地；D

9、GND數(shù)字地；AGND模擬地；LGND防雷保 護(hù)地Q4:合適的接地方式Answer: 接地有多種方式，有單點(diǎn)接地 （指整個(gè)電路系統(tǒng)中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上）， 多點(diǎn)接地 以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。一般來說，單點(diǎn)接地用于簡(jiǎn)單電路，不同功能模塊之間接地區(qū)分，以及低頻（f10MHN電路時(shí)就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板（完整的 地平面層）。Q5:信號(hào)回流和跨分割的介紹Answer：對(duì)于一個(gè)電子信號(hào)來說，它需要 尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑 ，所以如何處理這個(gè)信號(hào)回流就變得非常的關(guān)鍵。第一，根據(jù)公式可以知道，輻

10、射強(qiáng)度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環(huán)越大，它對(duì)外輻射的干擾也越大，所以，PCB板的時(shí)候要盡可能減小電源回路和信號(hào)回路面積。第二，對(duì)于一個(gè)高速信號(hào)來說，提供有好的信號(hào)回流可以保證它的信號(hào)質(zhì)量，這是因?yàn)镻CB傳輸線的特性阻抗一般是以地層 （或電源層）為參考來計(jì)算的，如果高速線附近有連續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù)，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會(huì)發(fā)生變化，不連續(xù)的阻抗從而會(huì)影響到信號(hào)的完整性 。所以，布線的時(shí)候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。第三，為什么說布線的時(shí)候盡量不要跨電源分割，這也是

11、因?yàn)樾盘?hào)跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會(huì)很長了，容易受到干擾。當(dāng)然，不是嚴(yán)格要求不能跨越電源分割，對(duì)于低速的信號(hào)是可以的，因?yàn)楫a(chǎn)生的干擾相比信號(hào)可以不予關(guān)心 。 對(duì)于高速信號(hào)就要認(rèn)真檢查， 盡量不要跨越， 可以通過調(diào)整電源部分的走線。（這是針對(duì)多層板多個(gè)電源供應(yīng)情況說的）Q6:為什么要將模擬地和數(shù)字地分開，如何分開 ？Answer：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都要回流到地，因?yàn)?數(shù)字信號(hào)變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會(huì)很大，而模擬信號(hào)是需要一個(gè)干凈的地參考工作的。如果模擬地和數(shù)字地混在一起，噪聲就會(huì)影響到模擬信號(hào)。一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細(xì)的走線連在一起，或者單點(diǎn)接在一起

12、。總的思想是盡量阻隔數(shù)字地上的噪聲竄到模擬地上。當(dāng)然這也不是非常嚴(yán)格的要求模擬地和數(shù)字地必須分開， 如果模擬部分附近的數(shù)字地還是很干凈的話可以合在一起。Q7:單板上的信號(hào)如何接地？Answer：對(duì)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(shè)計(jì)后，對(duì)于一般信號(hào)的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續(xù)性，減少過孔數(shù)量；靠近地平面或者電源平面，等等。Q8:單板的接口器件如何接地？Answer：有些單板會(huì)有對(duì)外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網(wǎng)口RJ45連接器等等，如果對(duì)它們的接地設(shè)計(jì)得不好也會(huì)影響到正常工作，例如網(wǎng)口互連有誤碼，丟包等，并且會(huì)成為對(duì)外的電磁干擾源，把板內(nèi)的噪聲

13、向外發(fā)送。一般來說會(huì) 單獨(dú)分割出一塊獨(dú)立的接口地，與信號(hào)地的連接采用細(xì)的走線連接，可以串上 0 歐姆或者小阻值的電阻。 細(xì)的走線可以用來阻隔信號(hào)地上噪音過到接口地上來 。同樣的，對(duì)接口地和接口電源的濾波也要認(rèn)真考慮。Q9帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地？Answer：屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號(hào)地上，這是因?yàn)樾盘?hào)地上有各種的噪聲，如果屏蔽層接到了信號(hào)地上，噪聲電壓會(huì)驅(qū)動(dòng)共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設(shè)計(jì)不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當(dāng)然前提是接口地也要非常的干凈。Q1Q PCB的信號(hào)地和機(jī)殼的系統(tǒng)地，最后要接到一起，然后接入大地？Answer： PCB的信號(hào)

14、地和機(jī)殼的系統(tǒng)地，最后要接到一起，然后通過電源線的地 線接入大地 一： 信號(hào)“地”又稱參考“地”，就是零電位的參考點(diǎn)，也是構(gòu)成電路信號(hào)回路的公共端。(1) 直流地：直流電路“地”，零電位參考點(diǎn)。(2) 交流地：交流電的零線。應(yīng)與地線區(qū)別開。(3) 功率地：大電流網(wǎng)絡(luò)器件、功放器件的零電位參考點(diǎn)。(4) 模擬地：放大器、采樣保持器、A/D 轉(zhuǎn)換器和比較器的零電位參考點(diǎn)。(5) 數(shù)字地：也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零電位參考點(diǎn)。(6) “熱地”： 開關(guān)電源無需使用工頻變壓器，其開關(guān)電路的“地”和市電電網(wǎng)有關(guān)，即所謂的“熱地”，它是帶電的 。(7) “冷地”：由于開關(guān)電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離；

15、又由于其反饋電路常用光電耦合器，既能傳送反饋信號(hào)，又將雙方的“地”隔離；所以輸出端的地稱之為“冷地”，它不帶電。信號(hào)接地設(shè)備的信號(hào)接地，可能是以設(shè)備中的一點(diǎn)或一塊金屬來作為信號(hào)的接地參考點(diǎn)，它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地，浮地和混合接地。(這里主要介紹浮地)單點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統(tǒng)中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。在低頻電路中，布線和元件之間不會(huì)產(chǎn)生太大影響。通常頻率 小于1MHZ勺電路，采用一點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地是指電子設(shè)備中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上（即設(shè)備的金屬底板）。在高頻電路中，寄生電容和電感的影響

16、較大。通常頻率大于10MHz勺電路，常采用 多點(diǎn)接地。浮地，即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。虛地 : 沒有接地，卻和地等電位的點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地（強(qiáng)電地）和信號(hào)地（弱電地）之間的隔離電阻很大，所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻的阻抗，太低的電阻會(huì)影響設(shè)備泄漏電流的合格性。1 ：浮地技術(shù)的應(yīng)用a 交流電源地與直流電源地分開一般交流電源的零線是接地的。但由于存在接地電阻和其

17、上流過的電流，導(dǎo)致電源的零線電位并非為大地的零電位。另外，交流電源的零線上往往存在很多干擾，如果交流電源地與直流電源地不分開，將對(duì)直流電源和后續(xù)的直流電路正常工作產(chǎn)生影響。因此， 采用把交流電源地與直流電源地分開的浮地技術(shù)，可以隔離來自交流電源地線的干擾。b 放大器的浮地技術(shù)對(duì)于放大器而言，特別是微小輸入信號(hào)和高增益的放大器，在輸入端的任何微小的干擾信號(hào)都可能導(dǎo)致工作異常。因此， 采用放大器的浮地技術(shù)，可以阻斷干擾信號(hào)的進(jìn)入，提高放大器的電磁兼容能力。c 浮地技術(shù)的注意事項(xiàng)1 ） 盡量提高浮地系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻，從而有利于降低進(jìn)入浮地系統(tǒng)之中的共模干擾電流。高頻干擾信號(hào)通過寄2 ） 注意浮地系

18、統(tǒng)對(duì)地存在的寄生電容，生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中。3 ） 浮地技術(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(shí)，應(yīng)當(dāng)注意靜電和電壓反擊對(duì)設(shè)備和人身的危害。2 ：混合接地 混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性，這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對(duì)低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。當(dāng)將直流地和射頻地分開時(shí)，將每個(gè)子系統(tǒng)的直流地通過10100nF的電容器接到射頻地上，這兩種地應(yīng)在一點(diǎn)有低阻抗連接起來，連接點(diǎn)應(yīng)選在最高翻轉(zhuǎn)速度（ di/dt ）信號(hào)存在的點(diǎn)。二： 設(shè)備接大地在工程實(shí)踐中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外，通常還將設(shè)備的信號(hào)地，機(jī)殼與大地連在一起，以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。設(shè)備接大地的目的是1） ） 保護(hù)地， 保護(hù)接地就是將設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)