示波器地、大地、電源地！地線變火線？地線接不好，著火跑不了！

原文來(lái)自微信公眾號(hào)：工程師看海

作為一名硬件工程師，理解地的概念是至關(guān)重要的，這會(huì)影響到我們系統(tǒng)的穩(wěn)定性、測(cè)試的精確性，本節(jié)從信號(hào)源、示波器、生理信號(hào)采集等角度解讀地的概念，加深對(duì)地的理解。

信號(hào)源和示波器是我們常用的設(shè)備，一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作是用信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，用示波器來(lái)采集這個(gè)信號(hào)，這個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程就可以幫助我們理解地的概念。下圖是信號(hào)源、示波器與地的連接示意圖，信號(hào)源和示波器的探頭有兩根線，一根是信號(hào)線、另一跟是地線，構(gòu)成了單端信號(hào)的傳輸方式，信號(hào)源與示波器的電源插頭都是3引腳的220V插頭，有地線、零線和火線3個(gè)引腳，當(dāng)他們插在3頭插座時(shí)，3頭插座有一個(gè)地線，將信號(hào)源的地、示波器的地與大地連接在了一起，此時(shí)信號(hào)源與示波器探頭上的地線即使不連接，示波器也能夠采集到信號(hào)源的信號(hào)。

在第二行的圖中，使用了兩引腳的插座，插座上雖然用3引腳的孔，但是地孔上并沒(méi)有導(dǎo)線連接，因此即使信號(hào)源和示波器插到這種2孔插排上，他們的地也沒(méi)有做的共地。這種情況下為了做到共地，就需要把信號(hào)源探頭地線和示波器探頭地線連接到一起，共地后才能正常采集信號(hào)。

接下來(lái)介紹人體生理電信號(hào)采集過(guò)程中涉及到的地概念，人體除了攜帶我們想要采集的生理信號(hào)外，人體也攜帶了我們不想要的共模信號(hào)，下圖左邊的圖示意了這個(gè)流程，人體和采集系統(tǒng)的地之間存著著電位差，這個(gè)電位差Vcm沿著導(dǎo)聯(lián)（信號(hào)采集電纜）傳輸?shù)讲杉到y(tǒng)構(gòu)成共模干擾。系統(tǒng)的共模抑制比是有限的，影響系統(tǒng)采集的信噪比。

下面例子是用采集卡采集功放的電流，電路連接錯(cuò)誤導(dǎo)致電路燒毀。圖(a)是采集卡測(cè)電流的示意圖，大功率的功放驅(qū)動(dòng)負(fù)載，用采集卡測(cè)量串聯(lián)電阻的電壓，進(jìn)而測(cè)量功放的輸出電流，采集卡是單端采集模式，有兩個(gè)通道，當(dāng)按照(a)連接電路后，圖中的紅色導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重最終燒毀。這是因?yàn)椴杉ê凸Ψ哦际?頭的插頭，連接了接地插排，二者的地在插座處形成了共地，(a)中Ch1有信號(hào)線和地線，當(dāng)?shù)鼐€連接到電阻一邊時(shí)，是相當(dāng)于把電阻的這一邊接地了，把功放短路，短路電流路徑見(jiàn)(a)中的虛線箭頭。想要正確測(cè)量功放輸出電流波形有多種方法。

(b)中是用兩個(gè)通道，按照單端采集方式分別采集電阻兩端的電壓，然后用Ch1的電壓減Ch2的電壓就是電阻兩端的電壓。(c)是把電阻放在低邊，電阻和負(fù)載是串聯(lián)關(guān)系，用采集卡的一個(gè)通道測(cè)量經(jīng)過(guò)電阻的電壓就可以了。(d)是使用差分采集方式，這種方式的采集精度更高，如果把電阻放在靠近地的低邊檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易，手機(jī)電池電量計(jì)很多就是放在低邊檢測(cè)電流。

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審核編輯：湯梓紅