關(guān)于接地:數字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地

2021-10-12  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

除了正確進(jìn)行接地設計、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理??刂葡到y中,大致有以下幾種地線(xiàn):

(1)數字地:也叫邏輯地,是各種開(kāi)關(guān)量(數字量)信號的零電位。

(2)模擬地:是各種模擬量信號的零電位。

(3)信號地:通常為傳感器的地。

(4)交流地:交流供電電源的地線(xiàn),這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。

(5)直流地:直流供電電源的地。

(6)屏蔽地:也叫機殼地,為防止靜電感應和磁場(chǎng)感應而設。

以上這些地線(xiàn)處理是系統設計、安裝、調試中的一個(gè)重要問(wèn)題。下面就接地問(wèn)題提出一些看法:

(1)控制系統宜采用一點(diǎn)接地。一般情況下,高頻電路應就近多點(diǎn)接地,低頻電路應一點(diǎn)接地。在低頻電路中,布線(xiàn)和元件間的電感并不是什么大問(wèn)題,然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大,因此,常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn);但一點(diǎn)接地不適用于高頻,因為高頻時(shí),地線(xiàn)上具有電感因而增加了地線(xiàn)阻抗,同時(shí)各地線(xiàn)之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來(lái)說(shuō),頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時(shí),采用多點(diǎn)接地;在1~10MHz之間可用一點(diǎn)接地,也可用多點(diǎn)接地。

(2)交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線(xiàn)的兩點(diǎn)間會(huì )有數mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來(lái)說(shuō),這是一個(gè)非常重要的干擾,因此必須加以隔離和防止。

(3)浮地與接地的比較。全機浮空即系統各個(gè)部分與大地浮置起來(lái),這種方法簡(jiǎn)單,但整個(gè)系統與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力,但一旦絕緣下降就會(huì )帶來(lái)干擾。還有一種方法,就是將機殼接地,其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強,安全可靠,但實(shí)現起來(lái)比較復雜。

(4)模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力,對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計。

(5)屏蔽地。在控制系統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準確檢測和控制,對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一樣。電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問(wèn)題,一般接大地;電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達、電臺等高頻電磁場(chǎng)輻射干擾。利用低阻金屬材料高導流而制成,可接大地。磁場(chǎng)屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線(xiàn)圈等磁感應,其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。當信號電路是一點(diǎn)接地時(shí),低頻電纜的屏蔽層也應一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí),將產(chǎn)生噪聲電流,形成噪聲干擾源。當一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號源與系統中接地的放大器相連時(shí),輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端;相反,當接地的信號源與系統中不接地的放大器相連時(shí),放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。

對于電氣系統的接地,要按接地的要求和目的分類(lèi),不能將不同類(lèi)接地簡(jiǎn)單地、任意地連接在一起,而是要分成若干獨立的接地子系統,每個(gè)子系統都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線(xiàn),最后才連接在一起,實(shí)行總接地。

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Q1:為什么要接地?

Answer:接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施,目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過(guò)避雷針引入到大地,從而起到保護

建筑物的作用。同時(shí),接地也是保護人身安全的一種有效手段,當某種原因引起的相線(xiàn)(如電線(xiàn)絕緣不良,線(xiàn)路老化等)和設備外殼碰觸時(shí),設備的外殼就會(huì )有危險

電壓產(chǎn)生,由此生成的故障電流就會(huì )流經(jīng)PE線(xiàn)到大地,從而起到保護作用。隨著(zhù)電子通信和其它數字領(lǐng)域的發(fā)展,在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿(mǎn)足

要求了。比如在通信系統中,大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個(gè)基準‘地’作為信號的參考地。而且隨著(zhù)電子設備的復雜化,信號頻率越來(lái)越高,因

此,在接地設計中,信號之間的互擾等電磁兼容問(wèn)題必須給予特別關(guān)注,否則,接地不當就會(huì )嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。最近,高速信號的信號回流技術(shù)

中也引入了“地”的概念。

Q2:接地的定義

Answer:

在現代接地概念中、對于線(xiàn)路工程師來(lái)說(shuō),該術(shù)語(yǔ)的含義通常是‘線(xiàn)路電壓的參考點(diǎn)’;對于系統設計師來(lái)說(shuō),它常常是機柜或機架;對電氣工程師來(lái)說(shuō),它是綠色

安全地線(xiàn)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(jiàn)的接地符號

Answer:

PE,PGND,FG-保護地或機殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數字地;

AGND-模擬地;LGND-防雷保護地

GND在電路里常被定為電壓參考基點(diǎn)。

從電氣意義上說(shuō),GND分為電源地和信號地。PG是 Power Ground(電源地)的縮寫(xiě)。另一個(gè)是 Signal Ground(信號地)。實(shí)際上它們可能是連在一起的(不一定是混在一起哦!)。兩個(gè)名稱(chēng),主要是便于對電路進(jìn)行分析。

進(jìn)一步說(shuō),還有因電路形式不同而必須區分的兩種“地”:數字地,模擬地。

數字地和模擬地都有信號地、電源地兩種情況。數字地和模擬地之間,某些電路可以直接連接,有些電路要用電抗器連接,有些電路不可連接。

Q4:合適的接地方式

Answer:

接地有多種方式,有單點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地以及混合類(lèi)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(lái)說(shuō),單點(diǎn)接地用于簡(jiǎn)單電路,不同功能模塊

之間接地區分,以及低頻(f<1MHz)電子線(xiàn)路。當設計高頻(f>10MHz)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:信號回流和跨分割的介紹

Answer:對于一個(gè)電子信號來(lái)說(shuō),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)信號回流就變得非常的關(guān)鍵。

第一,根據公式可以知道,輻射強度是和回路面積成正比的,就是說(shuō)回流需要走的路徑越長(cháng),形成的環(huán)越大,它對外輻射的干擾也越大,所以,PCB布板的時(shí)候要

盡可能減小電源回路和信號回路面積。

第二,對于一個(gè)高速信號來(lái)說(shuō),提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量,這是因為PCB上傳輸線(xiàn)的特性阻抗一般是以地層(或電源層)為參考來(lái)計算的,如果

高速線(xiàn)附近有連續的地平面,這樣這條線(xiàn)的阻抗就能保持連續,如果有段線(xiàn)附近沒(méi)有了地參考,這樣阻抗就會(huì )發(fā)生變化,不連續的阻抗從而會(huì )影響到信號的完整性。

所以,布線(xiàn)的時(shí)候要把高速線(xiàn)分配到靠近地平面的層,或者高速線(xiàn)旁邊并行走一兩條地線(xiàn),起到屏蔽和就近提供回流的功能。

第三,為什么說(shuō)布線(xiàn)的時(shí)候盡量不要跨電源分割,這也是因為信號跨越了不同電源層后,它的回流途徑就會(huì )很長(cháng)了,容易受到干擾。當然,不是嚴格要求不能跨越電

源分割,對于低速的信號是可以的,因為產(chǎn)生的干擾相比信號可以不予關(guān)心。對于高速信號就要認真檢查,盡量不要跨越?,0c;可以通過(guò)調整電源部分的走線(xiàn)。(這是針

對多層板多個(gè)電源供應情況說(shuō)的)

Q6:為什么要將模擬地和數字地分開(kāi),如何分開(kāi)?

Answer:模擬信號和數字信號都要回流到地,因為數字信號變化速度快,從而在數字地上引起的噪聲就會(huì )很大,而模擬信號是需要一個(gè)干凈的地參考工作的。

如果模擬地和數字地混在一起,噪聲就會(huì )影響到模擬信號。

一般來(lái)說(shuō),模擬地和數字地要分開(kāi)處理,然后通過(guò)細的走線(xiàn)連在一起,或者單點(diǎn)接在一起??偟乃枷胧潜M量阻隔數字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴

格的要求模擬地和數字地必須分開(kāi),如果模擬部分附近的數字地還是很干凈的話(huà)可以合在一起。

Q7:單板上的信號如何接地?

Answer:對于一般器件來(lái)說(shuō),就近接地是最好的,采用了擁有完整地平面的多層板設計后,對于一般信號的接地就非常容易了,基本原則是保證走線(xiàn)的連續

性,減少過(guò)孔數量;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,如果對它們的接地設計得不好也會(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 )成為對外的電磁干擾源,把板內的噪聲向外發(fā)送。一般來(lái)說(shuō)會(huì )單獨分割出一塊獨立的接口地,與信號地的連接采用細的走線(xiàn)連接,可以串上

0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線(xiàn)可以用來(lái)阻隔信號地上噪音過(guò)到接口地上來(lái)。同樣的,對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。

Q9:帶屏蔽層的電纜線(xiàn)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地上,這是因為信號地上有各種的噪聲,如果屏蔽層接到了信號地上,噪聲電壓會(huì )驅動(dòng)共模電

流沿屏蔽層向外干擾,所以設計不好的電纜線(xiàn)一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當然前提是接口地也要非常的干凈

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混合電路里面做標示用的,VCC表示模擬信號電源,GND表示模擬信號地,VDD表示數字信號電源,VSS表示數字電源地 。

VCC主要表示Bipolar電路的電源,C表示Collector集電極,電源一般接在NPN的集電極(或PNP的發(fā)射極),集成電路剛出現時(shí)只有NPN管,后來(lái)才有集成進(jìn)去的PNP管。VDD/VSS一般表示MOS電路的電源和“地”,D/S分別表示MOS管的Drain(漏)/Source(源)。


一、解釋 VCC:C=circuit 表示電路的意思, 即接入電路的電壓;


VDD:D=device 表示器件的意思, 即器件內部的工作電壓;

VSS:S=series 表示公共連接的意思,通常指電路公共接地端電壓。

二、說(shuō)明

1、對于數字電路來(lái)說(shuō),VCC是電路的供電電壓,VDD是芯片的工作電壓(通常Vcc>Vdd),VSS是接地點(diǎn)。

2、有些IC既有VDD引腳又有VCC引腳,說(shuō)明這種器件自身帶有電壓轉換功能。

3、在場(chǎng)效應管(或COMS器件)中,VDD為漏極,VSS為源極,VDD和VSS指的是元件引腳,而不表示供電電壓。



VDD:電源電壓(單極器件);電源電壓(4000系列數字電 路);漏極電壓(場(chǎng)效應管)


VCC:電源電壓(雙極器件);電源電壓(74系列數字電路);聲控載波(Voice Controlled Carrier)

VSS:地或電源負極

VEE:負電壓供電;場(chǎng)效應管的源極(S)

VPP:編程/擦除電壓。

詳解:

在電子電路中,VCC是電路的供電電壓, VDD是芯片的工作電壓:

VCC:C=circuit 表示電路的意思, 即接入電路的電壓, D=device 表示器件的意思, 即器件內部的工作電壓,在普通的電子電路中,一般Vcc>Vdd !

VSS:S=series 表示公共連接的意思,也就是負極。

有些IC 同時(shí)有VCC和VDD, 這種器件帶有電壓轉換功能。

在“場(chǎng)效應”即COMS元件中,VDD乃CMOS的漏極引腳,VSS乃CMOS的源極引腳, 這是元件引腳符號,它沒(méi)有“VCC”的名稱(chēng),你的問(wèn)題包含3個(gè)符號,VCC / VDD /VSS, 這顯然是電路符號


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幾種接地符號


關(guān)于接地:數字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地HFSS結果圖片1

第1個(gè)我用做電源正或數字電路VCC,不用作地.


第2個(gè)我用作數字地或數字模擬公共地.

第3個(gè)用作模擬地.

第4個(gè)當然是機箱外殼或外殼接大地了.


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