電路圖接地分析_電路如何接地？電路接地的方法

　　隨著大規(guī)模和高頻電路的廣泛應(yīng)用，低阻抗的地線(xiàn)設(shè)計(jì)在電路中顯得尤為重要，在接觸電子電路圖時(shí)，首先要搞清楚電路中接地的問(wèn)題，今天小編就給各位詳細(xì)介紹電路設(shè)計(jì)中接地的相關(guān)問(wèn)題，包括接地方式及電路接地設(shè)計(jì)方法。

　　接地通常有以下兩種含義

　　一、電子儀器的外殼接地是接的大地，這是保護(hù)性接地，這一接地措施可以使儀器的外殼與大地等電位，從而避免了儀器因漏電使外殼帶電造成的觸電危險(xiǎn)。

　　二、電子電路圖中的接地，對(duì)電路而言是一個(gè)共用參考點(diǎn)；對(duì)電路圖的繪制而言是一種簡(jiǎn)略畫(huà)法；對(duì)分析電路工作原理而言，可以方便識(shí)圖。電源規(guī)定正奐極，實(shí)際是為輸出一個(gè)電位差。電路圖接地，這里的“地”要加上引號(hào)，只是規(guī)定了一個(gè)基準(zhǔn)電位，而不是0電位。比如把電源負(fù)極接地，即負(fù)極為參考電位；把正極接地，即把正極作為參考電位，道理是一樣的，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，并不是負(fù)極都接地，這與實(shí)際生活中用電器接地（大地0電位）是不一樣的。

　　電子電路圖中的接地

　?、俳拥攸c(diǎn)是電路中的共用參考點(diǎn)，這一點(diǎn)的電壓為０Ｖ，電路中其他各點(diǎn)的電壓高低都是以這一參考點(diǎn)為基準(zhǔn)的，電路圖中所標(biāo)出的各點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)都是相對(duì)地端的大小，這樣可以大大方便修理中的電壓測(cè)量。

　?、诮拥胤?hào)是一種電路連線(xiàn)的省略畫(huà)法，接地線(xiàn)點(diǎn)表示與電源的正極或負(fù)極相連，這一接地與儀器外殼接地概念不同。

　　③一般情況下，一張電路圖中只有一種接地符號(hào)，此時(shí)所有的地端是相連的。在少量的電路圖中會(huì)出現(xiàn)兩種不同的接地符號(hào)。相同接地點(diǎn)之間的連線(xiàn)稱(chēng)為地線(xiàn)。

　?、懿捎谜龢O性供電的電路圖中，接地點(diǎn)是電源的負(fù)極，電路中所有與電源負(fù)極相連的元器件、線(xiàn)路都可以用同一個(gè)接地符號(hào)來(lái)表示，這樣同一個(gè)電路圖中相同符號(hào)接地點(diǎn)之間是相通的，這一接地就是共用參考點(diǎn)。采用這種方法后，可以減少電路圖中的連線(xiàn)，從而可以方便電路的分析。

　　⑤采用負(fù)極性供電的電路圖中，接地點(diǎn)是電源的正極，電路中所有與電源正極相連的元器件、線(xiàn)路都可以用同一個(gè)接地符號(hào)來(lái)表示，這一接地也是共用參考點(diǎn)。一般電路中采用正極性電源供電的情況比較多。

　　⑥正、負(fù)電源供電時(shí)的接地一般電子電路中只采用正電源或只采用負(fù)電源供電，但在一些電路中則要同時(shí)采用正、負(fù)電源供電，而且這兩種電源之間也有共用參考點(diǎn)。

　　電路如何接地？

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　　1 接地的分類(lèi)

　　接地按其作用可以分為兩類(lèi)：

　?、俦Ｗo(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；

　?、诒Ｕ显O(shè)備的正常運(yùn)行的叫工作接地。

　　這里的分類(lèi)是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開(kāi)來(lái)。相反，除了有地電信號(hào)抗干擾、設(shè)備本身專(zhuān)門(mén)要求等特殊原因之外，提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。

　　保護(hù)接地

　　防雷接地

　　防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應(yīng)或線(xiàn)路引入）時(shí)，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號(hào)（弱電）防雷地和電源（強(qiáng)電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因?yàn)橐蠼拥?a target="_blank">電阻不同，而且在工程實(shí)踐中信號(hào)防雷地常附在信號(hào)獨(dú)立地上，和電源防雷地分開(kāi)建設(shè)。

　　機(jī)殼安全接地

　　機(jī)殼安全接地是將系統(tǒng)中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等）與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強(qiáng)電供電（380、220或110V），通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線(xiàn)與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒(méi)有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會(huì)通過(guò)人身形成通路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。

　　工作接地

　　工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度而設(shè)的接地。

　　信號(hào)地

　　信號(hào)地（SG）是各種物理量的傳感器和信號(hào)源零電位以及電路中信號(hào)的公共基準(zhǔn)地線(xiàn)（相對(duì)零電位）。此處信號(hào)一般指模擬信號(hào)或者能量較弱的數(shù)字信號(hào)，易受電源波動(dòng)或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的信噪比（SNR）下降。特別是模擬信號(hào)，信號(hào)地的漂移，會(huì)導(dǎo)致信噪比下降；信號(hào)的測(cè)量值產(chǎn)生誤差或者錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失敗。因此對(duì)信號(hào)地的要求較高，也需要在系統(tǒng)中特殊處理，避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線(xiàn)直接連接。尤其是微小信號(hào)的測(cè)量，信號(hào)地通常需要采取隔離技術(shù)。

　　模擬地

　　模擬地（AG）是系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線(xiàn)。由于模擬電路既承擔(dān)小信號(hào)的處理，又承擔(dān)大信號(hào)的功率處理；既有低頻的處理，又有高頻處理；模擬量從能量、頻率、時(shí)間等都很大的差別，因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對(duì)模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)的敷設(shè)更要充分考慮。減小地線(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)電阻，將電路中的模擬和數(shù)字部分開(kāi)，最后通過(guò)電感濾波和隔離，匯接到一起。

　　 數(shù)字地

　　數(shù)字地（DG）是系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線(xiàn)。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，會(huì)在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對(duì)模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對(duì)數(shù)字地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)的敷設(shè)也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數(shù)字部分分開(kāi)，最后通過(guò)電感，匯接到一起。

　　懸浮地

　　懸浮地（FG）是系統(tǒng)中部分電路的地與整個(gè)系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過(guò)變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。該部分電路的電平是相對(duì)于自己“地”的電位。常用在小信號(hào)的提取系統(tǒng)或者強(qiáng)電和弱點(diǎn)混合系統(tǒng)中。

　　其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒(méi)有連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)烈的干擾。 因此，懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電阻的大小，而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。 在下圖所示的VDD-SGND的電源供電系統(tǒng)中，所有工作點(diǎn)相對(duì)的地都是SGND，但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態(tài)，VDD-SGND的電源供電的系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)的連接完全通過(guò)變壓器耦合，在這里設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意信號(hào)的連接方式。

　　電源地

　　電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準(zhǔn)地線(xiàn)。由于電源往往同時(shí)供電給系統(tǒng)中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其他單元穩(wěn)定可靠地工作。

　　功率地

　　功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線(xiàn)。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線(xiàn)上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線(xiàn)，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

　　 接地的形式

　　在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz，它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線(xiàn)阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線(xiàn)阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1MHz~10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線(xiàn)長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1-20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖所示幾種接地方式。

　　單點(diǎn)接地

　　工作頻率低（《1MHz）的采用單點(diǎn)接地式（即把整個(gè)電路系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)看作接地參考點(diǎn)，所有對(duì)地連接都接到這一點(diǎn)上，并設(shè)置一個(gè)安全接地螺栓），以防兩點(diǎn)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點(diǎn)接地式。

　　為防止工頻和其他雜散電流在信號(hào)地線(xiàn)上產(chǎn)生干擾，信號(hào)地線(xiàn)應(yīng)與功率地線(xiàn)和機(jī)殼地線(xiàn)相絕緣，且只在功率地、機(jī)殼地和接往大地的接地線(xiàn)的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

　　多點(diǎn)接地

　　工作頻率高（》10MHz）的采用多點(diǎn)接地式。在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。因?yàn)榻拥匾€(xiàn)的感抗與頻率和長(zhǎng)度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線(xiàn)的長(zhǎng)度盡量短。

　　采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地。此處電路板最好設(shè)計(jì)為多層電路（4層以上），提供一層作為地平面。

　　混合接地

　　工作頻率介于1MHz~10MHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線(xiàn)的長(zhǎng)度小于工作信號(hào)波長(zhǎng)的1/20時(shí)，采用單點(diǎn)接地式，否則采用多點(diǎn)接地式。根據(jù)系統(tǒng)的需求和電路的需要進(jìn)行合理的安排。

　　 懸浮接地

　　懸浮接地是系統(tǒng)的地與大地不直接連接，而是通過(guò)變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。懸浮接地應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）盡量提高浮地系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻，從而有利于降低進(jìn)入浮地系統(tǒng)中的共模干擾電流，保證系統(tǒng)的可靠性。

　?。?）注意浮地系統(tǒng)對(duì)地存在的較大寄生電容，高頻干擾信號(hào)通過(guò)寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意。

　?。?）懸浮接地技術(shù)必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術(shù)相互結(jié)合應(yīng)用，才能收到更好的預(yù)期效果。

　?。?）采用浮地技術(shù)時(shí)，系統(tǒng)容易積累靜電，當(dāng)靜電積累到一定應(yīng)程度后，可以對(duì)人和設(shè)備產(chǎn)生很多的損害，所以要注意靜電和電壓反擊對(duì)設(shè)備和人身的危害。

　　電路設(shè)計(jì)中接地方法及設(shè)計(jì)

　　地線(xiàn)也是有阻抗的，電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓，此為噪聲電壓，而噪聲電壓則是影響系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾源之一，不可取。所以，要降低地線(xiàn)噪聲的前提是降低地線(xiàn)的阻抗。

　　眾所周知，地線(xiàn)是電流返回源的通路。隨著大規(guī)模和高頻電路的廣泛應(yīng)用，低阻抗的地線(xiàn)設(shè)計(jì)在電路中顯得尤為重要。這里就簡(jiǎn)單列舉幾種常用的接地方法：

　　單點(diǎn)接地

　　單點(diǎn)接地，顧名思義，就是把電路中所有回路都接到一個(gè)單一的，相同的參考電位點(diǎn)上。如下圖所示。

　　單點(diǎn)接地可以分為“串聯(lián)接地”和“并聯(lián)接地”兩種方式。串聯(lián)單點(diǎn)接地的方式簡(jiǎn)單，但是存在共同地線(xiàn)的原因，導(dǎo)致存在公共地線(xiàn)阻抗，如果此時(shí)串聯(lián)在一起的是功率相差很大的電路，那么互相干擾就非常嚴(yán)重。并聯(lián)單點(diǎn)接地的方式可以避免公共地線(xiàn)耦合的因素，但是每部分電路都需要引地線(xiàn)到接地點(diǎn)上，需要的地線(xiàn)就過(guò)多，不實(shí)用。

　　所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以采用串聯(lián)和并聯(lián)混合的單點(diǎn)接地方式。在畫(huà)PCB板時(shí)，把互相不易干擾的電路放一層，把互相容易發(fā)生干擾的電路放不同層，再把不同層的地并聯(lián)接地。如下圖所示。

　　單點(diǎn)接地在高頻電路里面，因?yàn)榈鼐€(xiàn)長(zhǎng)，地線(xiàn)的阻抗是永遠(yuǎn)避免不了的因素，所以并不適用，那怎么辦呢？下面再介紹“多點(diǎn)接地”。

　　多點(diǎn)接地

　　當(dāng)電路工作頻率較高時(shí)，想象一下高頻信號(hào)在沿著地線(xiàn)傳播時(shí)，所到之處影響周邊電路會(huì)有多么嚴(yán)重，因此所有電路就要就近接到地上，地線(xiàn)要求最短，多點(diǎn)接地就產(chǎn)生了。

　　多點(diǎn)接地，其目的是為了降低地線(xiàn)的阻抗，在高頻（f 一定的條件下）電路中，要降低阻抗，主要從兩個(gè)方面去考慮，一是減小地線(xiàn)電阻，二是減小地線(xiàn)感抗。

　　1，減小地線(xiàn)導(dǎo)體電阻，從電阻與橫截面的關(guān)系公式中我們知道，要增加地線(xiàn)導(dǎo)通的橫截面積。但是在高頻環(huán)境中，存在一種高頻電流的趨膚效應(yīng)（也叫集膚效應(yīng)），高頻電流會(huì)在導(dǎo)體表面通過(guò)，所以單純?cè)龃蟮鼐€(xiàn)導(dǎo)體的橫截面積往往作用不大?？梢钥紤]在導(dǎo)體表面鍍銀，因?yàn)殂y的導(dǎo)電性較其他導(dǎo)電物質(zhì)優(yōu)秀，故而會(huì)降低導(dǎo)體電阻。

　　2，減小地線(xiàn)的感抗，最好的方法就是增大地線(xiàn)的面積。

　　在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，地線(xiàn)短，地面積大，抗干擾的效果就會(huì)更好。

　　寫(xiě)到這里時(shí)，可能有人會(huì)問(wèn)，如何才算是高頻電路？參考楊繼深教授的書(shū)籍《電磁兼容EMC技術(shù)》有提到“通常1MHZ以下算低頻電路，可以采用單點(diǎn)接地，10MHZ以上算高頻電路，可以采用多點(diǎn)接地的方式”，1MHZ和10MHZ時(shí)，如果最長(zhǎng)地線(xiàn)不超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，可以單點(diǎn)接地，否則多點(diǎn)接地。

　　假如電路中既有高頻信號(hào)，又有低頻信號(hào)，怎么辦？混合接地會(huì)是個(gè)好選擇！

　　混合接地

　　如圖所示。

　　通過(guò)圖來(lái)分析。

　　上圖中的第一種結(jié)構(gòu)，假定工作在低頻電路中，根據(jù)容抗Zc = 1/2πfc可知，容抗在低頻環(huán)境下很大，而高頻環(huán)境下很小。那么地線(xiàn)在低頻時(shí)是斷開(kāi)的，在受到高頻干擾時(shí)接近導(dǎo)通。如此接法可以有效避開(kāi)地線(xiàn)環(huán)路的干擾影響。

　　上圖中的第二種結(jié)構(gòu)，假定工作在高頻電路中，根據(jù)感抗Zl = 2πfl可知，感抗在低頻環(huán)境下很小，而高頻環(huán)境下很大。那么地線(xiàn)在低頻時(shí)是類(lèi)似導(dǎo)通的，在受到高頻干擾時(shí)是斷開(kāi)。如此接法可以有效避開(kāi)地環(huán)路電流的影響。

　　綜述，在實(shí)際應(yīng)用中，電路根據(jù)工作環(huán)境采用合適的接地方式可以有效避開(kāi)干擾信號(hào)，達(dá)到電路的最優(yōu)效果。