關(guān)于接地：數(shù)字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地

除了正確進(jìn)行接地設(shè)計(jì)、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理。控制系統(tǒng)中,大致有以下幾種地線:

(1)數(shù)字地:也叫邏輯地,是各種開關(guān)量(數(shù)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,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(jī)殼地,為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。

以上這些地線處理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的一個(gè)重要問題。下面就接地問題提出一些看法:

(1)控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地。一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地,低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中,布線和元件間的電感并不是什么大問題,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?yàn)楦哳l時(shí),地線上具有電感因而增加了地線阻抗,同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來說,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的兩點(diǎn)間會有數(shù)mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,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(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個(gè)系統(tǒng)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帶來干擾。還有一種方法,就是將機(jī)殼接地,其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng),安全可靠,但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)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(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計(jì)。

(5)屏蔽地。在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制,對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題,一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成,可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng),其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。當(dāng)信號電路是一點(diǎn)接地時(shí),低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)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(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí),輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端;相反,當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí),放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。

對于電氣系統(tǒng)的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起,而是要分成若干獨(dú)立的接地子系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線,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(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)備的外殼就會有危險(xiǎn)

電壓產(chǎn)生,由此生成的故障電流就會流經(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)備之間信號的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化,信號頻率越來越高,因

此,在接地設(shè)計(jì)中,信號之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(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說,該術(shù)語的含義通常是‘線路電壓的參考點(diǎn)’;對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說,它常常是機(jī)柜或機(jī)架;對電氣工程師來說,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

Answer:

PE,PGND,FG-保護(hù)地或機(jī)殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數(shù)字地;

AGND-模擬地;LGND-防雷保護(hù)地

GND在電路里常被定為電壓參考基點(diǎn)。

從電氣意義上說,GND分為電源地和信號地。PG是 Power Ground(電源地)的縮寫。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,主要是便于對電路進(jìn)行分析。

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

數(shù)字地和模擬地都有信號地、電源地兩種情況。數(shù)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)接地用于簡單電路,不同功能模塊

之間接地區(qū)分,以及低頻(f<1MHz)電子線路。當(dāng)設(shè)計(jì)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)信號回流就變得非常的關(guān)鍵。

第一,根據(jù)公式可以知道,輻射強(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)高速信號來說,提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量,這是因?yàn)镻CB上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,這樣阻抗就會發(fā)生變化,不連續(xù)的阻抗從而會影響到信號的完整性。

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,這也是因?yàn)樾盘柨缭搅瞬煌娫磳雍?它的回流途徑就會很長了,容易受到干擾。當(dāng)然,不是嚴(yán)格要求不能跨越電

源分割,對于低速的信號是可以的,因?yàn)楫a(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(rèn)真檢查,盡量不要跨越?,0c;可以通過調(diào)整電源部分的走線。(這是針

對多層板多個(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:模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地,因?yàn)閿?shù)字信號變化速度快,從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會很大,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(shù)字地混在一起,噪聲就會影響到模擬信號。

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?？偟乃枷胧潜M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:單板上的信號如何接地?

Answer:對于一般器件來說,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,對于一般信號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(shè)計(jì)得不好也會影響到正常工作,例如網(wǎng)口互連

有誤碼,丟包等,并且會成為對外的電磁干擾源,把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會單獨(dú)分割出一塊獨(dú)立的接口地,與信號地的連接采用細(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地上噪音過到接口地上來。同樣的,對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地上,這是因?yàn)樾盘柕厣嫌懈鞣N的噪聲,如果屏蔽層接到了信號地上,噪聲電壓會驅(qū)動共模電

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

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混合電路里面做標(biāo)示用的,VCC表示模擬信號電源,GND表示模擬信號地,VDD表示數(shù)字信號電源,VSS表示數(shù)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(xiàn)時(shí)只有NPN管,后來才有集成進(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(nèi)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、說明 1、對于數(shù)字電路來說,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,說明這種器件自身帶有電壓轉(zhuǎn)換功能。 3、在場效應(yīng)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(shù)字電 路);漏極電壓(場效應(yīng)管) VCC:電源電壓(雙極器件);電源電壓(74系列數(shù)字電路);聲控載波(Voice Controlled Carrier) VSS:地或電源負(fù)極 VEE:負(fù)電壓供電;場效應(yīng)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(nèi)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(fù)極。 有些IC 同時(shí)有VCC和VDD, 這種器件帶有電壓轉(zhuǎn)換功能。 在“場效應(yīng)”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,它沒有“VCC”的名稱,你的問題包含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

第1個(gè)我用做電源正或數(shù)字電路VCC,不用作地.

第2個(gè)我用作數(shù)字地或數(shù)字模擬公共地.

第3個(gè)用作模擬地.

第4個(gè)當(dāng)然是機(jī)箱外殼或外殼接大地了.