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在工程設計中，從參考電平的角度看，都是同一個地，最終都要接到一起獲得相同的參考電位。對于地的分開，主要是從布線的角度看的，減少不同電路之間地的干擾，而電源的地不能看成模擬地，信號地也不能看成數字地。 這主要是根據電路的性能來分割地，對于數字信號3.3v電路，2.5V電路和5V電路的地也可能有分開的需要。即使是同一個供電的數字電路，有時候也有布線的要求，例如大電流的IO部分的地，可能需要單獨處理。 大地一般指機殼，這個部分有ESD和屏蔽的需要的。有些時候電路地通過一個1M電阻同外殼相連，有時候直接連接。要根據應用和ESD的要求來處理。 總之，地的邏輯連接特性和PCB上的物理特性是要區分來看的。理論上講地是0電壓的，但是在實際PCBA上地是有很多噪聲和反彈的。 首先先來明白幾個概念 地的分割與匯接：接地是抑制電磁干擾、提高電子設備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產品抑制電磁干擾的能力，又能減少產品對外的EMI發射。 接地的含義：電子設備的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”(安全地)，另一種是“系統基準地”(信號地)。接地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。 把接地平面與大地連接，往往是出于以下考慮： A、提高設備電路系統工作的穩定性; B、靜電泄放; C、為工作人員提供安全保障。 接地分類：數字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地 除了正確進行接地設計、安裝，還要正確進行各種不同信號的接地處理。控制系統中，大致有以下幾種地線： (1)數字地：也叫邏輯地，是各種開關量(數字量)信號的零電位。 (2)模擬地：是各種模擬量信號的零電位。 (3)信號地：通常為傳感器的地。 (4)交流地：交流供電電源的地線，這種地通常是產生噪聲的地。 (5)直流地：直流供電電源的地。 (6)屏蔽地：也叫機殼地，為防止靜電感應和磁場感應而設。 以上這些地線處理是系統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下面就接地問題提出一些看法： (1)控制系統宜采用一點接地。一般情況下，高頻電路應就近多點接地，低頻電路應一點接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環路的干擾影響很大，因此，常以一點作為接地點;但一點接地不適用于高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下，可用一點接地;高于10MHz時，采用多點接地;在1～10MHz之間可用一點接地，也可用多點接地。 (2)交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。 (3)浮地與接地的比較。全機浮空即系統各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個系統與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會帶來干擾。還有一種方法，就是將機殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強，安全可靠，但實現起來比較復雜。 (4)模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號可采用屏蔽浮技術。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計。 (5)屏蔽地。在控制系統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題，一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達、電臺等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導流而制成，可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應，其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。 當信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應一點接地。如果電纜的屏蔽層地點有一個以上時，將產生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當一個電路有一個不接地的信號源與系統中接地的放大器相連時，輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端;相反，當接地的信號源與系統中不接地的放大器相連時，放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。 對于電氣系統的接地，要按接地的要求和目的分類，不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起，而是要分成若干獨立的接地子系統，每個子系統都有其共同的接地點或接地干線，最后才連接在一起，實行總接地。 Q1：為什么要接地? Answer：接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起的相線(如電線絕緣不良，線路老化等)和設備外殼碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產生，由此生成的故障電流就會流經PE線到大地，從而起到保護作用。 隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。比如在通信系統中，大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。最近，高速信號的信號回流技術中也引入了“地”的概念。 Q2：接地的定義 Answer：在現代接地概念中、對于線路工程師來說，該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點’;對于系統設計師來說，它常常是機柜或機架;對電氣工程師來說，它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。 Q3：常見的接地符號 Answer:PE，PGND，FG-保護地或機殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護地GND在電路里常被定為電壓參考基點。 從電氣意義上說，GND分為電源地和信號地。PG是PowerGround(電源地)的縮寫。另一個是SignalGround(信號地)。實際上它們可能是連在一起的(不一定是混在一起哦!)。兩個名稱，主要是便于對電路進行分析。 進一步說，還有因電路形式不同而必須區分的兩種“地”：數字地，模擬地。 數字地和模擬地都有信號地、電源地兩種情況。數字地和模擬地之間，某些電路可以直接連接，有些電路要用電抗器連接，有些電路不可連接。 Q4：合適的接地方式 Answer：接地有多種方式，有單點接地，多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯單點接地和并聯單點接地。一般來說，單點接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區分，以及低頻(f《1MHz)電子線路。當設計高頻(f》10MHz)電路時就要采用多點接地了或者多層板(完整的地平面層)。 Q5：信號回流和跨分割的介紹 Answer：對于一個電子信號來說，它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處理這個信號回流就變得非常的關鍵。 第一，根據公式可以知道，輻射強度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路面積。 第二，對于一個高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質量，這是因為PCB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層(或電源層)為參考來計算的，如果 高速線附近有連續的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會發生變化，不連續的阻抗從而會影響到信號的完整性。 所以，布線的時候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。 第三，為什么說布線的時候盡量不要跨電源分割，這也是因為信號跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會很長了，容易受到干擾。當然，不是嚴格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號是可以的，因為產生的干擾相比信號可以不予關心。對于高速信號就要認真檢查，盡量不要跨越，可以通過調整電源部分的走線。 Q6：為什么要將模擬地和數字地分開，如何分開? Answer：模擬信號和數字信號都要回流到地，因為數字信號變化速度快，從而在數字地上引起的噪聲就會很大，而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起，噪聲就會影響到模擬信號。一般來說，模擬地和數字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。總的思想是盡量阻隔數字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數字地必須分開，如果模擬部分附近的數字地還是很干凈的話可以合在一起。 Q7：單板上的信號如何接地? Answer：對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設計后，對于一般信號的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續性，減少過孔數量;靠近地平面或者電源平面，等等。 Q8：單板的接口器件如何接地? Answer：有些單板會有對外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網口RJ45連接器等等，如果對它們的接地設計得不好也會影響到正常工作，例如網口互連有誤碼，丟包等，并且會成為對外的電磁干擾源，把板內的噪聲向外發送。一般來說會單獨分割出一塊獨立的接口地，與信號地的連接采用細的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的，對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。 Q9：帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地? Answer：屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號地上，這是因為信號地上有各種的噪聲，如果屏蔽層接到了信號地上，噪聲電壓會驅動共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設計不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當然前提是接口地也要非常的干凈。 混合電路里面做標示用的，VCC表示模擬信號電源，GND表示模擬信號地，VDD表示數字信號電源，VSS表示數字電源地。 VCC主要表示Bipolar電路的電源，C表示Collector集電極，電源一般接在NPN的集電極(或PNP的發射極)，集成電路剛出現時只有NPN管，后來才有集成進去的PNP管。VDD/VSS一般表示MOS電路的電源和“地”，D/S分別表示MOS管的Drain(漏)/Source(源)。 最后談一下接地方式的一般選取原則： 對于給定的設備或系統，在所關心的最高頻率(對應波長為)入上，當傳輸線的長度L〉入，則視為高頻電路，反之，則視為低頻電路。根據經驗法則，對于低于1MHZ的電路，采用單點接地較好;對于高于10MHZ，則采用多點接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言，只要最長傳輸線的長度L小于/20 入，則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。 |
