電路設計中各種地的接地處理彙總
發布時間:2015-09-28 責任編輯:susan
【導讀】關於電路設計中的接地處理,除了需要正確進行接地設計、安裝,還要正確進行各種不同信號的接地處理。本文彙總了關於控製係統中接地處理的各種方案。
控製係統中,大致有以下幾種地線:
(1)數字地:也叫邏輯地,是各種開關量(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,這種地通常是產生噪聲的地。
(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感應而設。
以上這些地線處理是係統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下麵就接地問題提出一些看法:
(1)控製係統宜采用一點接地。一般情況下,高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)就(jiu)近(jin)多(duo)點(dian)接(jie)地(di),低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。在(zai)低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),布(bu)線(xian)和(he)元(yuan)件(jian)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)並(bing)不(bu)是(shi)什(shen)麼(me)大(da)問(wen)題(ti),然(ran)而(er)接(jie)地(di)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da),因(yin)此(ci),常(chang)以(yi)一(yi)點(dian)作(zuo)為(wei)接(jie)地(di)點(dian);但一點接地不適用於高頻,因為高頻時,地線上具有電感因而增加了地線阻抗,同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說,頻率在1MHz以下,可用一點接地;高於10MHz時,采用多點接地;在1~10MHz之間可用一點接地,也可用多點接地。
(2)交流地與信號地不能共用。由於在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,這是一個非常重要的幹擾,因此必須加以隔離和防止。
(3)浮地與接地的比較。全機浮空即係統各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個係統與大地絕緣電阻不能小於50MΩ。這zhe種zhong方fang法fa具ju有you一yi定ding的de抗kang幹gan擾rao能neng力li,但dan一yi旦dan絕jue緣yuan下xia降jiang就jiu會hui帶dai來lai幹gan擾rao。還hai有you一yi種zhong方fang法fa,就jiu是shi將jiang機ji殼ke接jie地di,其qi餘yu部bu分fen浮fu空kong。這zhe種zhong方fang法fa抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang,安an全quan可ke靠kao,但dan實shi現xian起qi來lai比bi較jiao複fu雜za。
(4)monidi。monididejiefashifenzhongyao。weiletigaokanggongmoganraonengli,duiyumonixinhaokecaiyongpingbifujishu。duiyujutimoniliangxinhaodejiedichuliyaoyangeanzhaocaozuoshouceshangdeyaoqiusheji。
(5)屏蔽地。在控製係統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhun)確(que)檢(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi),對(dui)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)措(cuo)施(shi)是(shi)十(shi)分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。根(gen)據(ju)屏(ping)蔽(bi)目(mu)的(de)不(bu)同(tong),屏(ping)蔽(bi)地(di)的(de)接(jie)法(fa)也(ye)不(bu)一(yi)樣(yang)。電(dian)場(chang)屏(ping)蔽(bi)解(jie)決(jue)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)問(wen)題(ti),一(yi)般(ban)接(jie)大(da)地(di);電磁場屏蔽主要避免雷達、電台等高頻電磁場輻射幹擾。利用低阻金屬材料高導流而製成,可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應,其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。當信號電路是一點接地時,低頻電纜的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)也(ye)應(ying)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。如(ru)果(guo)電(dian)纜(lan)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)地(di)點(dian)有(you)一(yi)個(ge)以(yi)上(shang)時(shi),將(jiang)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu),形(xing)成(cheng)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。當(dang)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)有(you)一(yi)個(ge)不(bu)接(jie)地(di)的(de)信(xin)號(hao)源(yuan)與(yu)係(xi)統(tong)中(zhong)接(jie)地(di)的(de)放(fang)大(da)器(qi)相(xiang)連(lian)時(shi),輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)屏(ping)蔽(bi)應(ying)接(jie)至(zhi)放(fang)大(da)器(qi)的(de)公(gong)共(gong)端(duan);相反,當接地的信號源與係統中不接地的放大器相連時,放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。
對於電氣係統的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任ren意yi地di連lian接jie在zai一yi起qi,而er是shi要yao分fen成cheng若ruo幹gan獨du立li的de接jie地di子zi係xi統tong,每mei個ge子zi係xi統tong都dou有you其qi共gong同tong的de接jie地di點dian或huo接jie地di幹gan線xian,最zui後hou才cai連lian接jie在zai一yi起qi,實shi行xing總zong接jie地di。
Q1:為什麼要接地?
Answer:jiedijishudeyinruzuichushiweilefangzhidianlihuodianzidengshebeizaoleijiercaiqudebaohuxingcuoshi,mudeshibaleidianchanshengdeleijidianliutongguobileizhenyinrudaodadi,congerqidaobaohujianzhuwudezuoyong。tongshi,jiediyeshibaohurenshenanquandeyizhongyouxiaoshouduan,dangmouzhongyuanyinyinqidexiangxian(如電線絕緣不良,線路老化等)和設備外殼碰觸時,設備的外殼就會有危險 電壓產生,由此生成的故障電流就會流經PE線到大地,從而起到保護作用。隨著電子通信和其它數字領域的發展,在接地係統中隻考慮防雷和安全已遠遠不能滿足 要求了。比如在通信係統中,大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準‘地’作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)的(de)參(can)考(kao)地(di)。而(er)且(qie)隨(sui)著(zhe)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)複(fu)雜(za)化(hua),信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao),因(yin)此(ci),在(zai)接(jie)地(di)設(she)計(ji)中(zhong),信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)擾(rao)等(deng)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)必(bi)須(xu)給(gei)予(yu)特(te)別(bie)關(guan)注(zhu),否(fou)則(ze),接(jie)地(di)不(bu)當(dang)就(jiu)會(hui)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)。最(zui)近(jin),高(gao)速(su)信(xin)號(hao)的(de)信(xin)號(hao)回(hui)流(liu)技(ji)術(shu) 中也引入了“地”的概念。
Q2:接地的定義
Answer:
在現代接地概念中、對於線路工程師來說,該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點’;對於係統設計師來說,它常常是機櫃或機架;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在電路裏常被定為電壓參考基點。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。另一個是 Signal Ground(信號地)。實際上它們可能是連在一起的(不一定是混在一起哦!)。兩個名稱,主要是便於對電路進行分析。進一步說,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jie地di有you多duo種zhong方fang式shi,有you單dan點dian接jie地di,多duo點dian接jie地di以yi及ji混hun合he類lei型xing的de接jie地di。而er單dan點dian接jie地di又you分fen為wei串chuan聯lian單dan點dian接jie地di和he並bing聯lian單dan點dian接jie地di。一yi般ban來lai說shuo,單dan點dian接jie地di用yong於yu簡jian單dan電dian路lu,不bu同tong功gong能neng模mo塊kuai之zhi間jian接jie地di區qu分fen,以yi及ji低di頻pin(f<1MHz)電子線路。當設計高頻(f>10MHz)電路時就要采用多點接地了或者多層板(完整的地平麵層)。
Q5:信號回流和跨分割的介紹
Answer:對於一個電子信號來說,它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑,所以如何處理這個信號回流就變得非常的關鍵。
第di一yi,根gen據ju公gong式shi可ke以yi知zhi道dao,輻fu射she強qiang度du是shi和he回hui路lu麵mian積ji成cheng正zheng比bi的de,就jiu是shi說shuo回hui流liu需xu要yao走zou的de路lu徑jing越yue長chang,形xing成cheng的de環huan越yue大da,它ta對dui外wai輻fu射she的de幹gan擾rao也ye越yue大da,所suo以yi,PCB布板的時候要 盡可能減小電源回路和信號回路麵積。
第二,對於一個高速信號來說,提供有好的信號回流可以保證它的信號質量,這是因為PCB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層(或電源層)為參考來計算的,如果 高gao速su線xian附fu近jin有you連lian續xu的de地di平ping麵mian,這zhe樣yang這zhe條tiao線xian的de阻zu抗kang就jiu能neng保bao持chi連lian續xu,如ru果guo有you段duan線xian附fu近jin沒mei有you了le地di參can考kao,這zhe樣yang阻zu抗kang就jiu會hui發fa生sheng變bian化hua,不bu連lian續xu的de阻zu抗kang從cong而er會hui影ying響xiang到dao信xin號hao的de完wan整zheng性xing。所suo以yi,布bu線xian的de時shi候hou要yao把ba高gao速su線xian分fen配pei到dao靠kao近jin地di平ping麵mian的de層ceng,或huo者zhe高gao速su線xian旁pang邊bian並bing行xing走zou一yi兩liang條tiao地di線xian,起qi到dao屏ping蔽bi和he就jiu近jin提ti供gong回hui流liu的de功gong能neng。
第di三san,為wei什shen麼me說shuo布bu線xian的de時shi候hou盡jin量liang不bu要yao跨kua電dian源yuan分fen割ge,這zhe也ye是shi因yin為wei信xin號hao跨kua越yue了le不bu同tong電dian源yuan層ceng後hou,它ta的de回hui流liu途tu徑jing就jiu會hui很hen長chang了le,容rong易yi受shou到dao幹gan擾rao。當dang然ran,不bu是shi嚴yan格ge要yao求qiu不bu能neng跨kua越yue電dian源yuan分fen割ge,對dui於yu低di速su的de信xin號hao是shi可ke以yi的de,因yin為wei產chan生sheng的de幹gan擾rao相xiang比bi信xin號hao可ke以yi不bu予yu關guan心xin。對dui於yu高gao速su信xin號hao就jiu要yao認ren真zhen檢jian查zha,盡jin量liang不bu要yao跨kua越yue,可ke以yi通tong過guo調tiao整zheng電dian源yuan部bu分fen的de走zou線xian。(這是針對多層板多個電源供應情況說的)
Q6:為什麼要將模擬地和數字地分開,如何分開?
Answer:monixinhaoheshuzixinhaodouyaohuiliudaodi,yinweishuzixinhaobianhuasudukuai,congerzaishuzidishangyinqidezaoshengjiuhuihenda,ermonixinhaoshixuyaoyigeganjingdedicankaogongzuode。ruguomonidiheshuzidihunzaiyiqi,zaoshengjiuhuiyingxiangdaomonixinhao。 一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)要(yao)分(fen)開(kai)處(chu)理(li),然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)細(xi)的(de)走(zou)線(xian)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi),或(huo)者(zhe)單(dan)點(dian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。總(zong)的(de)思(si)想(xiang)是(shi)盡(jin)量(liang)阻(zu)隔(ge)數(shu)字(zi)地(di)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)竄(cuan)到(dao)模(mo)擬(ni)地(di)上(shang)。當(dang)然(ran)這(zhe)也(ye)不(bu)是(shi)非(fei)常(chang)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)必(bi)須(xu)分(fen)開(kai),如(ru)果(guo)模(mo)擬(ni)部(bu)分(fen)附(fu)近(jin)的(de)數(shu)字(zi)地(di)還(hai)是(shi)很(hen)幹(gan)淨(jing)的(de)話(hua)可(ke)以(yi)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)。
Q7:單板上的信號如何接地?
Answer:對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo),就(jiu)近(jin)接(jie)地(di)是(shi)最(zui)好(hao)的(de),采(cai)用(yong)了(le)擁(yong)有(you)完(wan)整(zheng)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)多(duo)層(ceng)板(ban)設(she)計(ji)後(hou),對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)信(xin)號(hao)的(de)接(jie)地(di)就(jiu)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)了(le),基(ji)本(ben)原(yuan)則(ze)是(shi)保(bao)證(zheng)走(zou)線(xian)的(de)連(lian)續(xu)性(xing),減(jian)少(shao)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang);靠近地平麵或者電源平麵,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,網口RJ45lianjieqidengdeng,ruguoduitamendejiedishejidebuhaoyehuiyingxiangdaozhengchanggongzuo,liruwangkouhulianyouwuma,diubaodeng,bingqiehuichengweiduiwaidedianciganraoyuan,babanneidezaoshengxiangwaifasong。yibanlaishuohuidandufengechuyikuaidulidejiekoudi,yuxinhaodidelianjiecaiyongxidezouxianlianjie,keyichuanshang 0歐姆或者小阻值的電阻。細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真考慮。
Q9:帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地?
Answer:屏ping蔽bi電dian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng都dou要yao接jie到dao單dan板ban的de接jie口kou地di上shang而er不bu是shi信xin號hao地di上shang,這zhe是shi因yin為wei信xin號hao地di上shang有you各ge種zhong的de噪zao聲sheng,如ru果guo屏ping蔽bi層ceng接jie到dao了le信xin號hao地di上shang,噪zao聲sheng電dian壓ya會hui驅qu動dong共gong模mo電dian流liu沿yan屏ping蔽bi層ceng向xiang外wai幹gan擾rao,所suo以yi設she計ji不bu好hao的de電dian纜lan線xian一yi般ban都dou是shi電dian磁ci幹gan擾rao的de最zui大da噪zao聲sheng輸shu出chu源yuan。當dang然ran前qian提ti是shi接jie口kou地di也ye要yao非fei常chang的de幹gan淨jing混hun合he電dian路lu裏li麵mian做zuo標biao示shi用yong的de,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的發射極),集成電路剛出現時隻有NPN管,後來才有集成進去的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、說明
1、對於數字電路來說,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。
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換功能。
3、在場效應管(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係列數字電 路);漏極電壓(場效應管)
VCC:電源電壓(雙極器件);電源電壓(74係列數字電路);聲控載波(Voice ControlledCarrier)
VSS:地或電源負極
VEE:負電壓供電;場效應管的源極(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 同時有VCC和VDD, 這種器件帶有電壓轉換功能。
在“場效應”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,它沒有“VCC”的名稱,你的問題包含3個符號,VCC / VDD /VSS, 這顯然是電路符號。
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