电路设计中的接地技术

  的重要性众所周知。电子科技类产品中的很多问题其实都和地的处理紧密关联，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

  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，进而影响了系统A和系统B。

  总电流为8A, R1、R2上流过的电流均为2.6A。当R3 = 6时，可计算R 1、R 2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产生一定的影响，使流经R 1、R 2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。

  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能够直接进行测量。干扰的判断方法有：

  ② 用频谱仪可以测量干扰源。先制作一个探头，在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。

  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。

  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;

  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，就只有采用信号隔离器进行信号之间的地线 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。

  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。

  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。

  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,减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压。单独工作的印制板的模拟地和数字地，可在系统接地点附近单点接地。如果PCB板是插在母板上的，则母板的模拟和数字电路的电源地也要分开，模拟地和数字地在母板的接地处接地。在高频线路中，接地引线也有一定的阻抗，不管是单点接地还是多点接地，都必须构成低阻抗回路进入线mm长的印制板铜线nH的电感，加上分布电容的存在，就会在接地板和机壳间构成谐振电路，在流经接地线时会产生传输线效应和天线效应。对于PCB板中电源地线，电源平面应靠近接地平面，并且安排在接地平面之下。这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容，同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。单面或双面板的电源线和地线应尽可能靠近，最好的方法是将电源线布在PCB板的一面，而地线布在另一面，这会使电源的阻抗为最低。

  仪器系统的一般接地原则如图3所示。在图中，输人信号与电源接地点连接在一起，所以，当做测量时，输人端的信号接地点不得与和大地有电压差的点直接短路连接。因此，在对没有采用电源隔离变压器的接地电路中, 如直接将交流电源引入电路，导致电路与大地形成回路，与地之间形成电位。如果电源插头反插，使零线与大地间有很高的电位差，将会造成严重事故。因此，在连接输人点开始做测量前，必须仔细检查。

  对于电缆的屏蔽层接地，如闭路电视使用的同轴电缆，外面的金属网是用来屏蔽信号的，网线里面有八根细金属导线根就起屏蔽的作用，保证数字信号地正确。通常对于低频电路的电缆屏蔽层接地常采用单点接地方式，接地点一般是电源的负极。对于高频电路的屏蔽层接地，常采用多点接地方式。对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层采用单点接地，但各屏蔽层应相互绝缘。当系统要抑制电磁干扰时，应将总系统屏蔽起来，并将屏蔽体接到系统地上。

  接地设计应根据真实的情况选用不同的方法。不论采用何种接地方式, 目的是“零”阻抗, 这样可完全避免干扰的引入。因此，在不一样的电路中,针对其电路的特点,正确的选择一点接地和多点接地，在必要的情况下, 也可采用混合接地方式。