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电子世界中你对“地”理解若干?最全最透彻解析“地”_暗记_旗子

雨夜梧桐 2024-11-26 12:06:45 0

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电子天下中你对“地”理解多少?电路设计中各种“地”——各种 GND 设计。
电源地,旗子暗记地,还有大地,这三种地有什么不同?

电源地主假如针对电源回路电流所走的路径而言的,一样平常来说电源地流过的电流较大,而旗子暗记地主假如针对两块芯片或者模块之间的通信旗子暗记的回流所流过的路径,一样平常来说旗子暗记地流过的电流很小,实在两者都是GND,之以是分开来说,是想让大家明白在布pcb 板时要清楚地理解电源及旗子暗记回流各自所流过的路径,然后在布板时考虑如何避免电源及旗子暗记共用回流路径,如果共用的话,有可能会导致电源地上大的电流会在旗子暗记地上产生一个电压差(可以阐明为:导线是有阻抗的,只是很小的阻值,但如果所流过的电流较大时,也会在此导线上产生电位差,这也叫共阻抗滋扰),使旗子暗记地的真实电位高于0V,如果旗子暗记地的电位较大时,有可能会使旗子暗记本来是高电平的,但却误判为低电平。

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当然电源地本来就很不干净,这样做也避免由于滋扰使旗子暗记误判。
以是将两者地在布线时轻微把稳一下,就可以。
一样平常来说纵然在一起也不会产生大的问题,由于数字电路的门限较高。

各种“地”—— 各种“GND”GND,指的是电线接地真个简写。
代表地线或0 线。
电路图上和电路板上的GND(Ground)代表地线或0 线.GND 便是公共真个意思,也可以说是地,但这个地并不是真正意义上的地。
是出于运用而假设的一个地,对付电源来说,它便是一个电源的负极。
它与大地是不同的。
有时候须要将它与大地连接,有时候也不须要,视详细情形而定。

设备的旗子暗记接地,可能因此设备中的一点或一块金属来作为旗子暗记的接地参考点,它为设备中的所有旗子暗记供应了一个公共参考电位,是相对的!

有单点接地,多点接地,浮地和稠浊接地。

单点接地是指全体电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个须要接地的点都直接接到这一点上。
在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。
常日频率小于1MHz 的电路,采取一点接地。

多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(即设备的金属底板)。
在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。
常日频率大于10MHz 的电路,常采取多点接地。

浮地,即该电路的地与大地无导体连接。
虚地:没有接地,却和地等电位的点。

其优点是该电路不受大地电性能的影响。
浮地可使功率地(强电地)和旗子暗记地(弱电地)之间的隔离电阻很大,以是能阻挡共地阻抗电路性耦合产生的电磁滋扰。
其缺陷是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对仿照电路的感应滋扰。

“地”是电子技能中一个很主要的观点。
由于“地”的分类与浸染有多种, 随意马虎稠浊,故总结一下“地”的观点。

“接地”有设备内部的旗子暗记接地和设备接大地,两者观点不同,目的也不同。
“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

一、旗子暗记“地”又称参考“地”,便是零电位的参考点,也是构成电路旗子暗记回路的公共端。

(1) 直流地:直流电路“地”,零电位参考点。

(2) 互换地:互换电的零线。
应与地线差异开。

(3) 功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。

(4) 仿照地:放大器、采样保持器、A/D 转换器和比较器的零电位参考点。

(5) 数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。

(6) “热地”:开关电源无需利用工频变压器,其开关电路的“地”和市电电网有关,即所谓的“热地”,它是带电的。

(7) “冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路常用光电耦合器,既能传送反馈旗子暗记,又将双方的“地”隔离;以是输出真个地称之为“冷地”,它不带电。

旗子暗记接地

设备的旗子暗记接地,可能因此设备中的一点或一块金属来作为旗子暗记的接地参考点,它为设备中的所有旗子暗记供应了一个公共参考电位。

有单点接地,多点接地,浮地和稠浊接地。
(这里紧张先容浮地)单点接地是指全体电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个须要接地的点都直接接到这一点上。
在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。
常日频率小于1MHz 的电路,采取一点接地。
多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(即设备的金属

底板)。
在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。
常日频率大于10MHz 的电路,常采取多点接地。
浮地,即该电路的地与大地无导体连接。
『虚地:没有接地,却和地等电位的点。
』其优点是该电路不受大地电性能的影响。
浮地可使功率地(强电地)和旗子暗记地(弱电地)之间的隔离电阻很大,以是能阻挡共地阻抗电路性耦合产生的电磁滋扰。
其缺陷是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对仿照电路的感应滋扰。
一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以开释所积累的电荷。
把稳掌握开释电阻的阻抗,太低的电阻会影响设备泄露电流的合格性。

1:浮地技能的运用

a 互换电源地与直流电源地分开

一样平常互换电源的零线是接地的。
但由于存在接地电阻和其上流过的电流,导致电源的零线电位并非为大地的零电位。
其余,互换电源的零线上每每存在很多滋扰,如果互换电源地与直流电源地不分开,将对直流电源和后续的直流电路正常事情产生影响。
因此,采取把互换电源地与直流电源地分开的浮地技能,可以隔离来自互换电源地线的滋扰。

b 放大器的浮地技能

对付放大器而言,特殊是眇小输入旗子暗记和高增益的放大器,在输入真个任何眇小的滋扰旗子暗记都可能导致事情非常。
因此,采取放大器的浮地技能,可以阻断滋扰旗子暗记的进入,提高放大器的电磁兼容能力。

c 浮地技能的把稳事变

1)只管即便提高浮地系统的对地绝缘电阻,从而有利于降落进入浮地系统之中的共模滋扰电流。

2)把稳浮地系统对地存在的寄生电容,高频滋扰旗子暗记通过寄生电容仍旧可能耦合到浮地系统之中。

3)浮地技能必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技能相互结合运用,才能收到更好的预期效果。

4)采取浮地技能时,应该把稳静电和电压反击对设备和人身的危害。

2:稠浊接地

稠浊接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性,这在宽带敏感电路中是必要的。
电容对低频和直流有较高的阻抗,因此能够避免两模块之间的地环路形成。
当将直流地和射频地分开时,将每个子系统的直流地通过10~100nF 的电容器接到射频地上,这两种地应在一点有低阻抗连接起来,连接点应选在最高翻转速率(di/dt)旗子暗记存在的点。

二: 设备接大地

在工程实践中,除负责考虑设备内部的旗子暗记接地外,常日还将设备的旗子暗记地,机壳与大地连在一起,以大地作为设备的接地参考点。
设备接大地的目的是

1)保护地,保护接地便是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置之间作良好的电气连接。
为了保护职员安全而设置的一种接线办法。
保护“地”线一端接用电器外壳,另一端与大地作可靠连接。

2)防静电接地,泄放机箱上所积累的电荷,避免电荷积累使机箱电位升高,造成电路事情的不稳定。

3)屏蔽地,避免设备在外界电磁环境的浸染下使设备对大地的电位发生变革,造成设备事情的不稳定。
此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。

三、接地问题的意见:

(1)掌握系统宜采取一点接地。
一样平常情形下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。
在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的滋扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,由于高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。
一样平常来说,频率在1MHz 以下,可用一点接地;高于10MHz 时,采取多点接地;在1~10MHz 之间可用一点接地,也可用多点接地。

(2)互换地与旗子暗记地不能共用。
由于在一段电源地线的两点间会有数mV 乃至几V 电压,对低电平旗子暗记电路来说,这是一个非常主要的滋扰,因此必须加以隔离和防止。

(3)浮地与接地的比较。
全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法大略,但全体系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。
这种方法具有一定的抗滋扰能力,但一旦绝缘低落就会带来滋扰。
还有一种方法,便是将机壳接地,别的部分浮空。
这种方法抗滋扰能力强,安全可靠,但实现起来比较繁芜。

(4)仿照地。
仿照地的接法十分主要。
为了提高抗共模滋扰能力,对付仿照旗子暗记可采取屏蔽浮技能。
对付详细仿照量旗子暗记的接地处理要严格按照操作手册上的哀求设计。

(5)屏蔽地。
在掌握系统中为了减少旗子暗记中电容耦合噪声、准确检测和掌握,对旗子暗记采取屏蔽方法是十分必要的。
根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样。
电场屏蔽办理分布电容问题,一样平常接大地;电磁场屏蔽紧张避免雷达、电台等高频电磁场辐射滋扰。
利用低阻金属材料高导流而制成,可接大地。
磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应,其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合,一样平常接大地为好。
当旗子暗记电路是一点接地时,低频电缆的屏蔽层也应一点接地。
如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时,将产生噪声电流,形成噪声滋扰源。
当一个电路有一个不接地的旗子暗记源与系统中接地的放大器相连时,输入真个屏蔽应接至放大器的公共端;相反,当接地的旗子暗记源与系统中不接地的放大器相连时,放大器的输入端也应接到旗子暗记源的公共端。

对付电气系统的接地,要按接地的哀求和目的分类,不能将不同类接地大略地、任意地连接在一起,而是要分成多少独立的接地子系统,每个子系统都有其共同的接地点或接地干线,末了才连接在一起,实施总接地。

1为什么要接地?接地的浸染!

接地技能的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采纳的保护性方法,目的是把雷电产生的雷击电流利过避雷针引入到大地,从而起到保护建筑物的浸染。
同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当某种缘故原由引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障电流就会流经PE 线到大地,从而起到保护浸染。
随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能知足哀求了。

比如在通信系统中,大量设备之间旗子暗记的互连哀求各设备都要有一个基准‘地’作为旗子暗记的参考地。
而且随着电子设备的繁芜化,旗子暗记频率越来越高,因此,在接地设计中,旗子暗记之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特殊关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。
最近,高速旗子暗记的旗子暗记回流技能中也引入了“地”的观点。

2接地的定义

在当代接地观点中、对付线路工程师来说,该术语的含义常日是‘线路电压的参考点’;对付系统设计师来说,它常常是机柜或机架;对电气工程师来说,它是绿色安全地线或接到大地的意思。
一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。
把稳哀求是”低阻抗”和“通路”。

3常见的接地符号

PE,PGND,FG-保护地或机壳;BGND 或DC-RETURN-直流-48V(+24V)电源(电池)回流;GND-事情地;DGND-数字地;AGND-仿照地;LGND-防雷保护地

GND 在电路里常被定为电压参考基点。

从电气意义上说,GND 分为电源地和旗子暗记地。
PG 是Power Ground(电源地)的缩写。
另一个是Signal Ground(旗子暗记地)。
实际上它们可能是连在一起的(不一定是混在一起哦!
)。

两个名称,紧张是便于对电路进行剖析。

进一步说,还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”:数字地,仿照地。

数字地和仿照地都有旗子暗记地、电源地两种情形。
数字地和仿照地之间,某些电路可以直接连接,有些电路要用电抗器连接,有些电路不可连接。

4怎么样才是得当的接地方式

接地有多种办法,有单点接地,多点接地以及稠浊类型的接地。
而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。
一样平常来说,单点接地用于大略电路,不同功能模块之间接地区分,以及低频(f<1MHz)电子线路。
当设计高频(f>10MHz)电路时就要采取多点接地了或者多层板(完全的地平面层)。

5旗子暗记回流和跨分割

对付一个电子旗子暗记来说,它须要探求一条最低阻抗的电流回流到地的路子,以是如何处理这个旗子暗记回流就变得非常的关键。

第一,根据公式可以知道,辐射强度是和回路面积成正比的,便是说回流须要走的路径越长,形成的环越大,它对外辐射的滋扰也越大,以是,PCB 布板的时候要尽可能减小电源回路和旗子暗记回路面积。

第二,对付一个高速旗子暗记来说,供应有好的旗子暗记回流可以担保它的旗子暗记质量,这是由于PCB上传输线的特性阻抗一样平常因此地层(或电源层)为参考来打算的,如果高速线附近有连续的地平面,这样这条线的阻抗就能保持连续,如果有段线附近没有了地参考,这样阻抗就会发生变革,不连续的阻抗从而会影响到旗子暗记的完全性。
以是,布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层,或者高速线阁下并行走一两条地线,起到屏蔽和就近供应回流的功能。

第三,为什么说布线的时候只管即便不要跨电源分割,这也是由于旗子暗记超过了不同电源层后,它的回流路子就会很长了,随意马虎受到滋扰。
当然,不是严格哀求不能超过电源分割,对付低速的旗子暗记是可以的,由于产生的滋扰比较旗子暗记可以不予关心。
对付高速旗子暗记就要负责检讨,只管即便不要超过,可以通过调度电源部分的走线。
(这是针对多层板多个电源供应情形说的)

6为什么要将仿照地和数字地分开,怎么分开?

仿照旗子暗记和数字旗子暗记都要回流到地,由于数字旗子暗记变革速率快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而仿照旗子暗记是须要一个干净的地参考事情的。
如果仿照地和数字地混在一起,噪声就会影响到仿照旗子暗记。

一样平常来说,仿照地和数字地要分开处理,然后通过细的走线连在一起,或者单点接在一起。
总的思想是只管即便阻隔数字地上的噪声窜到仿照地上。
当然这也不是非常严格的哀求仿照地和数字地必须分开,如果仿照部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。

7旗子暗记怎么接地?

对付一样平常器件来说,就近接地是最好的,采取了拥有完全地平面的多层板设计后,对付一样平常旗子暗记的接地就非常随意马虎了,基本原则是担保走线的连续性,减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面,等等。

Q8接口器件如何接地?

有些单板会有对外的输入输出接口,比如串口连接器,网口连接器等等,如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常事情,例如网口互连有误码,丢包等,并且会成为对外的电磁滋扰源,把板内的噪声向外发送。
一样平常来说会单独分割出一块独立的接口地,与旗子暗记地的连接采取细的走线连接,可以串上0 欧姆或者小阻值的电阻。
细的走线可以用来阻隔旗子暗记地上噪音过到接口地上来。
同样的,对接口地和接口电源的滤波也要负责考虑。

Q9带屏蔽层的电缆线的屏蔽层怎么接地?

屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是旗子暗记地上,这是由于旗子暗记地上有各种的噪声,如果屏蔽层接到了旗子暗记地上,噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外滋扰,以是设计不好的电缆线一样平常都是电磁滋扰的最大噪声输出源。
当然条件是接口地也要非常的干净

总结:电子天下中你对“地”理解多少?是否和你想象一样呢?有不同意见请大家互换谈论!

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