一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地

1、單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地單點(diǎn)地要解決的問(wèn)題就是針對(duì)“公共地阻抗耦合”和“低頻地環(huán)路”，多點(diǎn)地是針對(duì)“高頻所容易通過(guò)長(zhǎng)地走線產(chǎn)生的共模干擾”.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1～10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)

2、的120，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。數(shù)字地與模擬地之間單點(diǎn)接地，數(shù)字地之內(nèi)多點(diǎn)接。地線干擾與地線設(shè)計(jì)地線干擾與地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)是電磁兼容設(shè)計(jì)中大家都很注意，卻又不知道應(yīng)該怎樣去做的一個(gè)問(wèn)題。了解了地線造成干擾問(wèn)題的機(jī)理之后，在設(shè)計(jì)和實(shí)施地線時(shí)就有了一個(gè)明確的思路。本期從介紹地線造成干擾的原理入手，使讀者了解設(shè)計(jì)地線的關(guān)鍵和原則。1什么是地線？什么是地線？地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線，后者是為了保證電

3、路正確工作所設(shè)置的地線。造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地，因此這里僅討論信號(hào)地的問(wèn)題。信號(hào)地的一般定義是：電路的電位參考點(diǎn)。更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，這個(gè)定義是我們?cè)O(shè)計(jì)電路時(shí)的一個(gè)假設(shè)。從這個(gè)定義是無(wú)法分析和理解一些地線干擾問(wèn)題的。從現(xiàn)在開(kāi)始，我們?cè)诜治鲭姶偶嫒輪?wèn)題時(shí)，使用下面的定義。地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑。既然地線是電流的一個(gè)路徑，那么根據(jù)歐姆定律，地線上是有電壓的；既然地線上有電壓，說(shuō)明地線不是一個(gè)等電位體。這樣，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，關(guān)

4、于地線電位一定的假設(shè)就不再成立，因此電路會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。這就是地線干擾的實(shí)質(zhì)。2地線的阻抗有多大？地線的阻抗有多大？一個(gè)難以理解的問(wèn)題是，我們?cè)谠O(shè)計(jì)地線時(shí)，都使地線的電阻很小，那么地線上的電位差怎么會(huì)大到導(dǎo)致電路出錯(cuò)的程度。理解這個(gè)問(wèn)題，要理解地線阻抗的組成。地線的阻抗Z由電阻部分和感抗部分兩部分組成，即：Z=RACjωL。電阻成分電阻成分：導(dǎo)體的電阻分為直流電阻RDC和交流電阻RAC。對(duì)于交流電流，由于趨膚效應(yīng)，電流集中在導(dǎo)體的表面，

5、導(dǎo)致實(shí)際電流截面減小，電阻增加，直流電阻和交流電阻的關(guān)系如下：RAC=0.076rf12RDC式中：r=導(dǎo)線的半徑，單位cm，f=流過(guò)導(dǎo)線的電流頻率，單位Hz，RDC=導(dǎo)線的直流電阻，單位Ω。電感成分電感成分：任何導(dǎo)體都有內(nèi)電感（這區(qū)別于通常講的外電感，外電感是導(dǎo)體所包圍的面積的函數(shù)），內(nèi)電感與導(dǎo)體所包圍的面積無(wú)關(guān)。對(duì)于圓截面導(dǎo)體如下：L=0.2S[ln(4.5d)1]（μH）式中S=導(dǎo)體長(zhǎng)度(m)，d=導(dǎo)體直徑(m)串聯(lián)單點(diǎn)接地容易產(chǎn)

6、生公共阻抗耦合的問(wèn)題，解決的方法是采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。但是并聯(lián)單點(diǎn)接地往往由于地線過(guò)多，而沒(méi)有可實(shí)現(xiàn)性。因此，靈活的方案是，將電路按照信號(hào)特性分組，相互不會(huì)產(chǎn)生干擾的電路放在一組，一組內(nèi)的電路采用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同組的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。如圖4所示。這樣，既解決了公共阻抗耦合的問(wèn)題，又避免了地線過(guò)多的問(wèn)題。接地的方法很多，具體使用那一種方法取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。“接地”的概念首次應(yīng)用在電話的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。從1881年初開(kāi)始采用單根電纜為

7、信號(hào)通道，大地為公共回路。這就是第一個(gè)接地問(wèn)題。但是用大地作為信號(hào)回路會(huì)導(dǎo)致地回路中的過(guò)量噪聲和大氣干擾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，增加了信號(hào)回路線?，F(xiàn)在存在的許多接地方法都是來(lái)源于過(guò)去成功的經(jīng)驗(yàn)，這些方法包括：1)單點(diǎn)接地：如圖1所示，單點(diǎn)接地是為許多在一起的電路提供公共電位參考點(diǎn)的方法，這樣信號(hào)就可以在不同的電路之間傳輸。若沒(méi)有公共參考點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)傳輸。單點(diǎn)接地要求每個(gè)電路只接地一次，并且接在同一點(diǎn)。該點(diǎn)常常一地球?yàn)閰⒖?。由于只存?/p>

8、一個(gè)參考點(diǎn)，因此可以相信沒(méi)有地回路存在，因而也就沒(méi)有干擾問(wèn)題。2)多點(diǎn)接地：如圖2所示，從圖中可以看出，設(shè)備內(nèi)電路都以機(jī)殼為參考點(diǎn)，而各個(gè)設(shè)備的機(jī)殼又都以地為參考點(diǎn)。這種接地結(jié)構(gòu)能夠提供較低的接地阻抗，這是因?yàn)槎帱c(diǎn)接地時(shí)，每條地線可以很短；并且多根導(dǎo)線并聯(lián)能夠降低接地導(dǎo)體的總電感。在高頻電路中必須使用多點(diǎn)接地，并且要求每根接地線的長(zhǎng)度小于信號(hào)波長(zhǎng)的120。3)混合接地：混合接地既包含了單點(diǎn)接地的特性，又包含了多點(diǎn)接地的特性。例如，系統(tǒng)內(nèi)

9、的電源需要單點(diǎn)接地，而射頻信號(hào)又要求多點(diǎn)接地，這時(shí)就可以采用圖3所示的混合接地。對(duì)于直流，電容是開(kāi)路的，電路是單點(diǎn)接地，對(duì)于射頻，電容是導(dǎo)通的，電路是多點(diǎn)接地。當(dāng)許多相互連接的設(shè)備體積很大（設(shè)備的物理尺寸和連接電纜與任何存在的干擾信號(hào)的波長(zhǎng)相比很大）時(shí)，就存在通過(guò)機(jī)殼和電纜的作用產(chǎn)生干擾的可能性。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，干擾電流的路徑通常存在于系統(tǒng)的地回路中。在考慮接地問(wèn)題時(shí)，要考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是系統(tǒng)的自兼容問(wèn)題，另一個(gè)是外部干擾耦合

10、進(jìn)地回路，導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤工作。由于外部干擾常常是隨機(jī)的，因此解決起來(lái)往往更難。接地要求要求接地的理由很多，下面列出幾種：1)安全接地：使用交流電的設(shè)備必須通過(guò)黃綠色安全地線接地，否則當(dāng)設(shè)備內(nèi)的電源與機(jī)殼之間的絕緣電阻變小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電擊傷害。2)雷電接地：設(shè)施的雷電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，由避雷針、下導(dǎo)體和與接地系統(tǒng)相連的接頭組成。該接地系統(tǒng)通常與用做電源參考地及黃綠色安全地線的接地是共用的。雷電放電接地僅對(duì)設(shè)施而言，設(shè)備沒(méi)有這個(gè)要求。

11、3)電磁兼容接地：出于電磁兼容設(shè)計(jì)而要求的接地，包括：屏蔽接地：為了防止電路之間由于寄生電容存在產(chǎn)生相互干擾、電路輻射電場(chǎng)或?qū)ν饨珉妶?chǎng)敏感，必須進(jìn)行必要的隔離和屏蔽，這些隔離和屏蔽的金屬必須接地。濾波器接地：濾波器中一般都包含信號(hào)線或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時(shí)，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路的作用。噪聲和干擾抑制：對(duì)內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上的許多點(diǎn)與地相連，從而為干擾信號(hào)提供“最低阻抗”通道。電路參考：電