接地的問題總結(jié)

1、接地的問題，你真的了解嗎？ 作為工程師，一定接觸過接地這個(gè)概念，但你真的了解接地嗎？你知道接地可以分為功率地、數(shù)字地、模擬地嗎？我們來(lái)了解一下。首先對(duì)接地知識(shí)進(jìn)行一個(gè)科普：1 接地的分類接地按其作用可以分為兩類：保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；保障設(shè)備的正常運(yùn)行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開來(lái)。相反，除了有地電信號(hào)抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外，提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。1.1、保護(hù)接地1.1.1 防雷接地防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應(yīng)或線路引入）時(shí)，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號(hào)（弱電）防雷地和電源（強(qiáng)電）防雷

2、地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因?yàn)橐蠼拥仉娮璨煌?，而且在工程?shí)踐中信號(hào)防雷地常附在信號(hào)獨(dú)立地上，和電源防雷地分開建設(shè)。1.1.2 機(jī)殼安全接地機(jī)殼安全接地是將系統(tǒng)中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等）與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強(qiáng)電供電（380、220或110V），通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會(huì)通過人身形成通路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外

3、殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。1.2、工作接地工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度而設(shè)的接地。1.2.1 信號(hào)地信號(hào)地（SG）是各種物理量的傳感器和信號(hào)源零電位以及電路中信號(hào)的公共基準(zhǔn)地線（相對(duì)零電位）。此處信號(hào)一般指模擬信號(hào)或者能量較弱的數(shù)字信號(hào)，易受電源波動(dòng)或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的信噪比（SNR）下降。特別是模擬信號(hào)，信號(hào)地的漂移，會(huì)導(dǎo)致信噪比下降；信號(hào)的測(cè)量值產(chǎn)生誤差或者錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失敗。因此對(duì)信號(hào)地的要求較高，也需要在系統(tǒng)中特殊處理，避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線直接連接

4、。尤其是微小信號(hào)的測(cè)量，信號(hào)地通常需要采取隔離技術(shù)。1.2.2 模擬地模擬地（AG）是系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于模擬電路既承擔(dān)小信號(hào)的處理，又承擔(dān)大信號(hào)的功率處理；既有低頻的處理，又有高頻處理；模擬量從能量、頻率、時(shí)間等都很大的差別，因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對(duì)模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。減小地線的導(dǎo)線電阻，將電路中的模擬和數(shù)字部分開，最后通過電感濾波和隔離，匯接到一起。1.2.3 數(shù)字地?cái)?shù)字地（DG）是系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，會(huì)在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對(duì)模擬

5、電路產(chǎn)生干擾。所以對(duì)數(shù)字地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數(shù)字部分分開，最后通過電感，匯接到一起。1.2.4 懸浮地懸浮地（FG）是系統(tǒng)中部分電路的地與整個(gè)系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。該部分電路的電平是相對(duì)于自己“地”的電位。常用在小信號(hào)的提取系統(tǒng)或者強(qiáng)電和弱點(diǎn)混合系統(tǒng)中。其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；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)和增加對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)烈的干擾。 因此，懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電

6、阻的大小，而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。 在下圖所示的VDD-SGND的電源供電系統(tǒng)中，所有工作點(diǎn)相對(duì)的地都是SGND，但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態(tài)，VDD-SGND的電源供電的系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)的連接完全通過變壓器耦合，在這里設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意信號(hào)的連接方式。1.2.5 電源地電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時(shí)供電給系統(tǒng)中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其他單元穩(wěn)定可靠地工作。1.2.6 功率地功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較

7、強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。2 接地的形式在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1MHz10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過波長(zhǎng)的1-20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖所示幾種接地方式。2.1 單點(diǎn)接地工作頻率低（1MHz）的采用單點(diǎn)接地式（即把整個(gè)電路系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)看作接

8、地參考點(diǎn)，所有對(duì)地連接都接到這一點(diǎn)上，并設(shè)置一個(gè)安全接地螺栓），以防兩點(diǎn)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點(diǎn)接地式。為防止工頻和其他雜散電流在信號(hào)地線上產(chǎn)生干擾，信號(hào)地線應(yīng)與功率地線和機(jī)殼地線相絕緣，且只在功率地、機(jī)殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。2.2 多點(diǎn)接地工作頻率高（10MHz）的采用多點(diǎn)接地式。在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。因?yàn)榻拥匾€的感抗與頻率和長(zhǎng)度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所

9、以要求地線的長(zhǎng)度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地。此處電路板最好設(shè)計(jì)為多層電路（4層以上），提供一層作為地平面。2.3 混合接地工作頻率介于1MHz10MHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線的長(zhǎng)度小于工作信號(hào)波長(zhǎng)的1/20時(shí)，采用單點(diǎn)接地式，否則采用多點(diǎn)接地式。根據(jù)系統(tǒng)的需求和電路的需要進(jìn)行合理的安排。2.4 懸浮接地懸浮接地是系統(tǒng)的地與大地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。懸浮接地應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（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)中的共模干擾電流，保證系統(tǒng)的可靠性。（2）注意浮地系統(tǒng)對(duì)地存在的較大寄生電容，高頻干擾信

10、號(hào)通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意。（3）懸浮接地技術(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)，系統(tǒng)容易積累靜電，當(dāng)靜電積累到一定應(yīng)程度后，可以對(duì)人和設(shè)備產(chǎn)生很多的損害，所以要注意靜電和電壓反擊對(duì)設(shè)備和人身的危害。3 接地電阻3.1 對(duì)接地電阻的要求對(duì)電路系統(tǒng)而言，接地電阻越小越好，因?yàn)楫?dāng)有電流流過接地電阻時(shí)，其上將產(chǎn)生電壓。該電壓除產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾外，還會(huì)使設(shè)備受到反擊過電壓的影響，并使人員受到電擊傷害的威脅，同時(shí)還帶來(lái)系統(tǒng)的工作的不穩(wěn)定性和發(fā)熱。為了保護(hù)系統(tǒng)的正常工作，我們?cè)谠O(shè)備接地時(shí)對(duì)接地電阻提出要求，一般

11、要求接地電阻小于4；對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，接地電阻可小于10。系統(tǒng)接地的等效電路如圖4所示。系統(tǒng)接地不好，還會(huì)帶來(lái)寄生電感和寄生電容，這些可以導(dǎo)致地平面發(fā)生振蕩。3.2 降低接地電阻的方法接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻三部分組成。為此，降低接地電阻的方法有以下三種：3.2.1 降低接地線電阻降低接地線電阻的方法有增大導(dǎo)線的寬度，或者采用多層板，給出一層或者多層電源層，降低導(dǎo)線的內(nèi)阻。信號(hào)層可以對(duì)采用覆銅的方式。覆銅的類型有： （1）整板（全部）覆銅； （2）局部（部分）覆銅； （3）分區(qū)覆銅（用于地種類復(fù)雜，而且地線有不同的分區(qū)，比如模數(shù)混合電路）； （4）分網(wǎng)絡(luò)覆銅（系統(tǒng)的特許需要，對(duì)某個(gè)或

12、者幾個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)覆銅）。3.2.2 降低接觸電阻降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極牢靠地連接，同時(shí)要考慮系統(tǒng)接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度。增加地極和土壤之間的接觸面積與緊密度，可以減小接觸電阻。 有的設(shè)備為了降低接觸點(diǎn)之間的電阻，在接觸點(diǎn)采用導(dǎo)電性能良好的材料；為了防止金屬被氧化而增加接觸電阻，必要時(shí)可以在接觸點(diǎn)鍍銀或者鍍金來(lái)保持良好的接觸效果，減小接觸電阻。3.2.3 降低地電阻降低地電阻，有些特殊系統(tǒng)，必須增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率（如在土壤中注入鹽水）。 則系統(tǒng)的垂直接地極接地電阻R為：從上面的比較中，可以清楚地看出，接地電阻隨著大地電阻率降低而減少。在一些特

13、許系統(tǒng)中，對(duì)接地電阻和地電阻要求比較嚴(yán)格時(shí)，降低大地的電阻率，增加大地的導(dǎo)電性能是一個(gè)很好的辦法。分類說明各種接地的不同其實(shí)這理論上一樣，功率地、數(shù)字地和邏輯地的電位都是0，但是實(shí)際上，由于電流的存在，PCB上同樣網(wǎng)絡(luò)名的點(diǎn)的電位是不同的，由電流的路徑?jīng)Q定。而起不同的名字是為了布線時(shí)可以保證各個(gè)地獨(dú)立，不會(huì)互相干擾，一般只在供電電源出口處將各個(gè)地用0電阻或小電感相連。如果要嚴(yán)格說不同，可以這么說：1. 功率地功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。2. 數(shù)字地?cái)?shù)字地（DG）是系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，會(huì)在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對(duì)模擬電路產(chǎn)生干