【你問我答】 選數字地or模擬地?再弄錯找我!
發布時間:2016-10-18 責任編輯:sherry
【導讀】在(zai)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong),從(cong)參(can)考(kao)電(dian)平(ping)的(de)角(jiao)度(du)看(kan),都(dou)是(shi)同(tong)一(yi)個(ge)地(di),最(zui)終(zhong)都(dou)要(yao)接(jie)到(dao)一(yi)起(qi)獲(huo)得(de)相(xiang)同(tong)的(de)參(can)考(kao)電(dian)位(wei)。對(dui)於(yu)地(di)的(de)分(fen)開(kai),主(zhu)要(yao)是(shi)從(cong)布(bu)線(xian)的(de)角(jiao)度(du)看(kan)的(de),減(jian)少(shao)不(bu)同(tong)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)地(di)的(de)幹(gan)擾(rao),而(er)電(dian)源(yuan)的(de)地(di)不(bu)能(neng)看(kan)成(cheng)模(mo)擬(ni)地(di),信(xin)號(hao)地(di)也(ye)不(bu)能(neng)看(kan)成(cheng)數(shu)字(zi)地(di)。
這主要是根據電路的性能來分割地,對於數字信號3.3v電路,2.5V電路和5V電路的地也可能有分開的需要。即使是同一個供電的數字電路,有時候也有布線的要求,例如大電流的IO部分的地,可能需要單獨處理。
大地一般指機殼,這個部分有ESD和屏蔽的需要的。有些時候電路地通過一個1M電阻同外殼相連,有時候直接連接。要根據應用和ESD的要求來處理。
總之,地的邏輯連接特性和PCB上的物理特性是要區分來看的。理論上講地是0電壓的,但是在實際PCBA上地是有很多噪聲和反彈的。

地的分割與彙接:接地是抑製電磁幹擾、提高電子設備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產品抑製電磁幹擾的能力,又能減少產品對外的EMI發射。
接地的含義:電子設備的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”(安全地),另一種是“係統基準地”(信號地)。接地就是指在係統與某個電位基準麵之間建立低阻的導電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準,並以大地作為零電位,把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。
把接地平麵與大地連接,往往是出於以下考慮:
A、提高設備電路係統工作的穩定性;
B、靜電泄放;
C、為工作人員提供安全保障。
接地分類:數字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地
除了正確進行接地設計、安裝,還要正確進行各種不同信號的接地處理。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)kongzhixitongyicaiyongyidianjiedi。yibanqingkuangxia,gaopindianluyingjiujinduodianjiedi,dipindianluyingyidianjiedi。zaidipindianluzhong,buxianheyuanjianjiandedianganbingbushishenmedawenti,ranerjiedixingchengdehuanludeganraoyingxianghenda,yinci,changyiyidianzuoweijiedidian;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)模mo擬ni地di。模mo擬ni地di的de接jie法fa十shi分fen重zhong要yao。為wei了le提ti高gao抗kang共gong模mo幹gan擾rao能neng力li,對dui於yu模mo擬ni信xin號hao可ke采cai用yong屏ping蔽bi浮fu技ji術shu。對dui於yu具ju體ti模mo擬ni量liang信xin號hao的de接jie地di處chu理li要yao嚴yan格ge按an照zhao操cao作zuo手shou冊ce上shang的de要yao求qiu設she計ji。
(5)屏蔽地。在控製係統中為了減少信號中電容耦合噪聲、zhunquejiancehekongzhi,duixinhaocaiyongpingbicuoshishishifenbiyaode。genjupingbimudebutong,pingbididejiefayebuyiyang。dianchangpingbijiejuefenbudianrongwenti,yibanjiedadi;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、renyidilianjiezaiyiqi,ershiyaofenchengruogandulidejiedizixitong,meigezixitongdouyouqigongtongdejiedidianhuojiediganxian,zuihoucailianjiezaiyiqi,shixingzongjiedi。
Q1:為什麼要接地?
Answer:接jie地di技ji術shu的de引yin入ru最zui初chu是shi為wei了le防fang止zhi電dian力li或huo電dian子zi等deng設she備bei遭zao雷lei擊ji而er采cai取qu的de保bao護hu性xing措cuo施shi,目mu的de是shi把ba雷lei電dian產chan生sheng的de雷lei擊ji電dian流liu通tong過guo避bi雷lei針zhen引yin入ru到dao大da地di,從cong而er起qi到dao保bao護hu建jian築zhu物wu的de作zuo用yong。同tong時shi,接jie地di也ye是shi保bao護hu人ren身shen安an全quan的de一yi種zhong有you效xiao手shou段duan,當dang某mou種zhong原yuan因yin引yin起qi的de相xiang線xian(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。
suizhedianzitongxinheqitashuzilingyudefazhan,zaijiedixitongzhongzhikaolvfangleiheanquanyiyuanyuanbunengmanzuyaoqiule。biruzaitongxinxitongzhong,daliangshebeizhijianxinhaodehulianyaoqiugeshebeidouyaoyouyigejizhun‘地’zuoweixinhaodecankaodi。erqiesuizhedianzishebeidefuzahua,xinhaopinlvyuelaiyuegao,yinci,zaijiedishejizhong,xinhaozhijiandehuraodengdiancijianrongwentibixugeiyutebieguanzhu,fouze,jiedibudangjiuhuiyanzhongyingxiangxitongyunxingdekekaoxinghewendingxing。zuijin,gaosuxinhaodexinhaohuiliujishuzhongyeyinrule“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PowerGround(電源地)的縮寫。另一個是SignalGround(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。
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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
gaosuxianfujinyoulianxudedipingmian,zheyangzhetiaoxiandezukangjiunengbaochilianxu,ruguoyouduanxianfujinmeiyouledicankao,zheyangzukangjiuhuifashengbianhua,bulianxudezukangcongerhuiyingxiangdaoxinhaodewanzhengxing。
所以,布線的時候要把高速線分配到靠近地平麵的層,或者高速線旁邊並行走一兩條地線,起到屏蔽和就近提供回流的功能。
disan,weishenmeshuobuxiandeshihoujinliangbuyaokuadianyuanfenge,zheyeshiyinweixinhaokuayuelebutongdianyuancenghou,tadehuiliutujingjiuhuihenchangle,rongyishoudaoganrao。dangran,bushiyangeyaoqiubunengkuayuedianyuanfenge,duiyudisudexinhaoshikeyide,yinweichanshengdeganraoxiangbixinhaokeyibuyuguanxin。duiyugaosuxinhaojiuyaorenzhenjianzha,jinliangbuyaokuayue,keyitongguotiaozhengdianyuanbufendezouxian。
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。yibanlaishuo,monidiheshuzidiyaofenkaichuli,ranhoutongguoxidezouxianlianzaiyiqi,huozhedandianjiezaiyiqi。zongdesixiangshijinliangzugeshuzidishangdezaoshengcuandaomonidishang。dangranzheyebushifeichangyangedeyaoqiumonidiheshuzidibixufenkai,ruguomonibufenfujindeshuzidihaishihenganjingdehuakeyihezaiyiqi。
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RJ45連lian接jie器qi等deng等deng,如ru果guo對dui它ta們men的de接jie地di設she計ji得de不bu好hao也ye會hui影ying響xiang到dao正zheng常chang工gong作zuo,例li如ru網wang口kou互hu連lian有you誤wu碼ma,丟diu包bao等deng,並bing且qie會hui成cheng為wei對dui外wai的de電dian磁ci幹gan擾rao源yuan,把ba板ban內nei的de噪zao聲sheng向xiang外wai發fa送song。一yi般ban來lai說shuo會hui單dan獨du分fen割ge出chu一yi塊kuai獨du立li的de接jie口kou地di,與yu信xin號hao地di的de連lian接jie采cai用yong細xi的de走zou線xian連lian接jie,可ke以yi串chuan上shang0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:pingbidianlandepingbicengdouyaojiedaodanbandejiekoudishangerbushixinhaodishang,zheshiyinweixinhaodishangyougezhongdezaosheng,ruguopingbicengjiedaolexinhaodishang,zaoshengdianyahuiqudonggongmodianliuyanpingbicengxiangwaiganrao,suoyishejibuhaodedianlanxianyibandoushidianciganraodezuidazaoshengshuchuyuan。dangranqiantishijiekoudiyeyaofeichangdeganjing。
混合電路裏麵做標示用的,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)。
最後談一下接地方式的一般選取原則:
對於給定的設備或係統,在所關心的最高頻率(對應波長為)入上,當傳輸線的長度L〉入,則視為高頻電路,反之,則視為低頻電路。根據經驗法則,對於低於1MHZ的電路,采用單點接地較好;對於高於10MHZ,則采用多點接地為佳。對於介於兩者之間的頻率而言,隻要最長傳輸線的長度L小於/20 入,則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。
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