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接地设计之浮地设计事理和应用_暗记_旗子

落叶飘零 2025-01-23 20:16:05 0

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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"。

为什么要接地?

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接地技能的引入最初是为了防雷击而采纳的把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。

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(图片来自网络侵删)

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。

浮地设计观点

地是各种电流返回通道,若直接大略稠浊接在一起,产生噪声电路会通过地影响到其他电路。
于是哀求设计中数字地与仿照地分开,噪音敏感电路与噪音产生的电路要阔别何隔离。
有些电路为了电路不受大地等其他电路地的电性能的影响,会利用隔离设计让此部分的电路与其他电路连接隔离开来,这样的设计为浮地设计。

优点: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。

缺陷:

1、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。
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。

2、当全体网络与地之间的绝缘阻抗低落时同样会涌现滋扰。
实用的方法是常日采取机壳接地,别的电路浮地; 各电 路旗子暗记地内部连接, 但与接地网隔离。

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。

浮地实现办法:采取变压器和光耦等隔离器件。

浮地设备的接地设计:

由于浮地设备或电路不与大地连接,如何提高设备的 ESD抗扰性和雷击浪涌抗扰性就成为设计的关键。

a)电路划分和布局把电路划分为接口电路和内部电路,使保护器件、接口电路和内部电路布局在不同的区域,使敏感器件阔别接口器件。

b)地平面设置1)由于设备有接口,不可避免地会引入滋扰旗子暗记,应在靠近接口的局部区域设置保护地平面,接口浪涌保护器件和ESD防护器件的接地脚接到保护地平面上,由保护地平面接管滋扰旗子暗记;2)为了给内部电路供应公共的参考电平,应设置事情地平面,并遵照“分区不分割”的原则——不同的电路分区布局,事情地平面不分割保持完全,为各种旗子暗记供应完全的参考平面,极小化旗子暗记回路面积,提高内部电路的抗滋扰能力。

c)有效隔离由于接口保护器件接地时,保护地平面电位颠簸很大。
事情地平面应与保护地平面隔离足够的间隔,以避免滋扰旗子暗记串入。

d)旗子暗记耦合接口电路与内部电路通过接口变压器或光电耦合器实现旗子暗记的耦合。

e)内部电路的抗滋扰方法1)恰当的布局和布线使旗子暗记线尽可能地短。
将敏感的元器件(一样平常是 CPU、旗子暗记处理芯片、掌握芯片和FPGA 等)只管即便支配在离接口较远的地方;

2)恰当的层面安排使旗子暗记回路面积尽可能地小、在主旗子暗记层附近应有一完全、不分割的地层作为参考平面;3)敏感旗子暗记线(如复位旗子暗记线和低电平旗子暗记线)尽可能地在旗子暗记里层走线,且该当处于相邻层厚度最小的层上,临近有完全的参考平面;4)在元器件的电源引脚和接地引脚之间安装高频旁路电容和10 uF的钮电容,后者供应CMOS器件状态改变时的大电流,减小电源和地的电位颠簸,也提高元器件对雷击浪涌旗子暗记的抗扰性;5)在接口器件和关键器件的电源引脚和接地引脚之间加接 TVS,抑制串入电源的滋扰旗子暗记;6)CMOS器件不用输人端接地,避免发生门锁。

范例浮地设计示意图

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