电路设计中的接地技术

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1、电路设计中的接地技术1引言在电路设计中,接地的重要性众所周知。电子产品中的很多问题其实都和地的处理密切相关，比如小信号系统中的噪声和干扰问题，大信号系统中的辐射杂散和稳定问题等等，都是地没有处理好。本文对常用的接地方法进行分析,希望避免我们曾经在此方面带来的损失。2干扰的产生通过一个实例来分析地线是如何干扰电路工作的。系统A、系统B和系统C有一个公共回路R，假设系统C是干扰源回路，噪声电流I3产生干扰电压I3R，从而影响了系统A和系统B。      图1电路中干扰的产生在图1中，设E=24V，R1=R2=3Ω，R=2Ω，R3可变。当R3=3Ω时，容易求得电路的总电阻

2、为:  总电流为8A,R1、R2上流过的电流均为2.6A。当R3=6Ω时，可计算R1、R2上流过的电流均为3A。这说明系统C的负载变化或电流变化,会给系统A和系统B产生影响，使流经R1、R2的电流从2.6A变为3A。这种变化的原因是，三个支路有一个公共回路R,系统C的变化使系统A和系统B也发生了变化。如果系统C是干扰源,则系统A和系统B就受到了干扰。3干扰的判断碰到干扰问题，首先要弄清楚干扰的频率，其次是判断干扰源在那里。通过频谱仪或者示波器等仪器可以进行测量。干扰的判断方法有：①通过检测接地阻抗、环路电流和地电压等参数;②用频谱仪可以测量干扰源。先制作一个探头，在

3、同轴电缆的末端焊接一个导线环，又称之为近场探头。环与同轴电缆连接，同轴电缆前接一个前置放大器后接频谱仪输入端。将频谱仪做接收机用，可以寻找在特定的频率区域内主要干扰源的位置和大小。由实际测试和理论分析得到：地线干扰的形成主要有地环路干扰和公共阻抗干扰两种。所谓地环路干扰就是地线电压导致地环路电流，每个支路上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成干扰。另外，由于设备处在较强的电磁场中，形成的环路中感应出环路电流，也会造成这种情况。所谓公共阻抗干扰，就是当两个电路共用一段地线时，在地线阻抗的作用下，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的调制，从而造成相互干扰。4地

4、线干扰抑制对于地线干扰的抑制常采取的方法，就是使用适宜的接地结构，采取隔离、屏蔽、去耦与滤波等行之有效的措施。4.1接地结构所谓接地结构，就是接地方式。常见的接地方式有：①各支路或设备不直接接地，使所有过程环路连接后接地，即只有一个接地点，没有回路;②使接地点的电势相等，减小地线的阻抗，从而减小干扰电压;③在环路中使用信号隔离或采用隔离器，在不影响信号正常传输下断开环路。4.2信号隔离信号地线间的隔离，在实际中的作用非常的重要。如果干扰信号主要是高频信号，只要采用低通滤波技术，如一阶或二阶的阻容滤波就可有效地隔离高频。但如果两个信号的地线之间电位不相等时，就只有采用

5、信号隔离器进行信号之间的地线隔离。5接地方式根据实际工作环境、工作频率、接地结构等要求，选择合理的接地方式。常见的接地方式有：悬浮接地、单点接地、多点接地等。5.1悬浮接地电路没有参考地电平，电路本身有独立的零电位，这个接地就称为悬浮接地。由于其独立性，可以避免与其他电路之间的噪声、电磁干扰等，但静电电荷无法有效释放。因此，悬浮接地只适用于一些低频电子设备，常用在无电源变压器的电路中。5.2单点接地单点接地，就是把各回路的接地线集中于一点接地。它们各自的电位只与自身的接地电阻和地电流相关，互不干扰。实际中，经常采用公共母线的方式实现单点接地。在通常情况下，只是在电源

6、供电处才一点相接。各回路各自独立地接地，这样可以保证各系统有统一的地电位，又可避免地线形成公共阻抗，整个接地通道中不存在环回路，避免了因外界磁场产生的地环电流干扰，可以改善电路的性能。5.3多点接地对于高频系统的信号地线常采取就近接地，称多点接地;同时用短而粗的导线作为连接线，以减少接地阻抗。目的是防止因地线电感及电容引起的干扰，但由于接地点之间存在电位差，会造成共模噪声较大，不适合低频工作。在多点接地方式的多级电路中，必须按照地线电流由小信号单元流向大信号单元的排列顺序接地，否则会引起干扰。5.4实际电路中的接地在实际工作中，会遇到许多复杂的情况，如A/D转换器的

7、接地、屏蔽线的接地、PCB板的接地等，具体处理方式分析如下。5.4.1　模数电路的接地数字信号电流比较强,而且都是一些高电平、低电平的跳变，所以数字地上有很大的噪声和电流尖峰;而模拟信号电流较弱。所以，模数、数模转换电路中要特别注意地线的正确连接，否则干扰会很严重，以致影响转换结果的准确性。A/D、D/A芯片上都提供了独立的模拟地和数字地的引脚。在线路设计中，通常将所有器件的模拟地和数字地分别相连,然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。在PCB板中的设计[10]，应尽量加宽模拟和数字电路的电源与地线或采用分开的电源层与接线层,以便减小电源与电线回路的阻抗,减小任