資深工程師花費數月提煉出的接地方法
發布時間:2014-09-12 責任編輯:mrcoocom
【導讀】接地是電路設計中最基礎的內容,但又是幾乎沒人說得清的,幾乎每次的培訓和交流都會有人問到“老師,有沒有一種通用的接地方法可以參考啊?”如果想知道這 個問題的答案,請繼續耐著性子讀下去。 我先給出一個斬釘截鐵的答案:“沒有”。那咋辦呢,我們總不能像中國的廚師一樣,教徒弟炒菜時,用到的配料都是“少許”“顏色微黃”“微焦”等感覺性詞語 吧,當然不是。
為了更好的明了接地的技巧方法,下文中將不再講究任何的文字技巧,而是一針見血的道出接地問題的本質來。
接地方式←接地目的←接地的功能,所以采取哪種接地方式,要看地是哪類地,這類地的作用目的是什麼,這兩個問題解決了,接地方式則可水到渠成。
jiedidemudejuedinglejiedifangshi。tongyangdedianlu,butongdemude,kenengdouyaocaiqubutongdejiedifangshi。zhegeguandianyidingjizhu。birutongyangdedianlu,yongzaibianxieshebeishang,jingdianleijixiefangbu 掉,接地的目的是地電位均衡;用在不可移動的設備上,一般會有安全接地措施,對靜電泄放的接地目的是導通阻抗足夠低,尤其是對於尖峰脈衝的高頻導通阻抗。
一下講解地的注意事項分成幾個獨立的觀點分別介紹,每一條的內容雖然簡單,建議一定反複讀上N遍,象麵對一杯好茶,讓心跳在60bpm以下的狀態,細細的 品,感覺其中的美感和內涵。然後才可能從簡單的詞語中悟出深刻的道理來。
從性能分,接地分成四類:
安全接地、
工作接地(數字地、模擬地、功率器件地)、
防浪湧接地(雷擊浪湧、上電浪湧)、
防靜電接地。
前文書中講過,“接地的目的決定了接地方式”,目的即指其實現的功能。基本上所有的接地都可以歸結到這四類裏麵來。每個接地前都要先明確該接地屬於哪一 種。
接地追求的目標是地阻抗低、地穩定、地均衡 地(di)阻(zu)抗(kang)低(di)很(hen)好(hao)理(li)解(jie),用(yong)粗(cu)的(de)線(xian)纜(lan)即(ji)可(ke),但(dan)有(you)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)一(yi)定(ding)不(bu)能(neng)忽(hu)視(shi),比(bi)如(ru)我(wo)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)大(da)電(dian)感(gan)接(jie)地(di)了(le),如(ru)果(guo)地(di)線(xian)上(shang)跑(pao)的(de)地(di)電(dian)流(liu)的(de)波(bo)動(dong)頻(pin)率(lv)是(shi) 0.00000001Hz,這個大電感的感性效應表現得就很不明顯,等同於直接接地了,但如果波動電流是1,000,000Hz的話,感抗=j ω L=j 2 π f L,就jiu顯xian得de很hen大da了le,這zhe種zhong情qing況kuang下xia,相xiang當dang於yu高gao頻pin接jie地di很hen差cha。各ge位wei看kan官guan可ke能neng會hui說shuo了le,你ni胡hu來lai吧ba你ni,誰shui會hui用yong個ge大da電dian感gan接jie地di呢ne,第di一yi是shi在zai某mou種zhong狀zhuang態tai下xia會hui有you這zhe種zhong方fang式shi的de,第di二er是shi 即使不這樣接個電感,普通電纜的走線電感在高頻下也是不容忽視的。
總結為一句話,低頻接地 ≠ 高頻接地。
即低阻抗的接地要分析是屬於高頻還是低頻的接地。
地(di)穩(wen)定(ding)是(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)理(li)解(jie)的(de),一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)足(zu)夠(gou)低(di)的(de)話(hua),地(di)電(dian)流(liu)瀉(xie)放(fang)容(rong)易(yi),且(qie)不(bu)會(hui)在(zai)底(di)線(xian)上(shang)產(chan)生(sheng)啥(sha)子(zi)壓(ya)降(jiang),就(jiu)如(ru)一(yi)個(ge)超(chao)大(da)的(de)電(dian)容(rong),電(dian)荷(he)的(de)海(hai)洋(yang),具(ju)有(you)無(wu)限(xian)寬(kuan)廣(guang)的(de)胸(xiong) 懷,多少進來都波瀾不驚。
地(di)均(jun)衡(heng)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)被(bei)忽(hu)視(shi),對(dui)於(yu)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)來(lai)說(shuo),有(you)用(yong)部(bu)分(fen)是(shi)兩(liang)條(tiao)線(xian)上(shang)的(de)壓(ya)差(cha),如(ru)果(guo)地(di)線(xian)漂(piao)移(yi)了(le),兩(liang)條(tiao)線(xian)上(shang)對(dui)地(di)線(xian)的(de)壓(ya)差(cha)同(tong)等(deng)的(de)上(shang)升(sheng)或(huo)下(xia)降(jiang),即(ji)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)值(zhi)維(wei)持(chi)不(bu)變(bian),共(gong) 模電壓發生變化,其實電路功能是照常實現的。就像水漲船高,您比我高3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。這種情況在靜電防護的時候常用 到dao,一yi個ge靜jing電dian脈mai衝chong通tong過guo空kong氣qi打da到dao電dian路lu板ban上shang,針zhen對dui局ju部bu的de電dian路lu,距ju離li遠yuan近jin的de不bu同tong,肯ken定ding會hui導dao致zhi產chan生sheng靜jing電dian感gan應ying的de壓ya差cha。這zhe時shi候hou用yong一yi塊kuai金jin屬shu板ban隔ge一yi下xia的de話hua,即ji使shi該gai金jin屬shu板ban浮fu 空(kong),對(dui)金(jin)屬(shu)板(ban)後(hou)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)來(lai)說(shuo),感(gan)應(ying)的(de)將(jiang)是(shi)均(jun)勻(yun)的(de)電(dian)場(chang),雖(sui)然(ran)感(gan)應(ying)幹(gan)擾(rao)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai),但(dan)起(qi)碼(ma)電(dian)路(lu)上(shang)是(shi)基(ji)本(ben)均(jun)衡(heng)的(de)。當(dang)然(ran)如(ru)果(guo)此(ci)金(jin)屬(shu)板(ban)接(jie)地(di)更(geng)好(hao)啦(la)。當(dang)然(ran)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)維(wei)持(chi)住(zhu),因(yin)為(wei)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)不(bu)均(jun)勻(yun),往(wang)往(wang)會(hui)轉(zhuan)成(cheng)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)幹(gan)擾(rao),地(di)均(jun)衡(heng)的(de)問(wen)題(ti)最(zui)好(hao)不(bu)要(yao)讓(rang)我(wo)們(men)麵(mian)對(dui),但(dan)沒(mei)辦(ban)法(fa)的(de)時(shi)候(hou),如(ru)浮(fu)地(di)設(she)備(bei),不(bu)得(de)不(bu)受(shou)到(dao)靜(jing)電(dian)衝(chong)擊(ji)的(de)電(dian)路(lu) 板,防護時候要考慮地均衡問題。
共地阻抗耦合幹擾 共gong地di阻zu抗kang耦ou合he幹gan擾rao是shi接jie地di裏li麵mian每mei天tian都dou要yao麵mian對dui的de核he心xin問wen題ti,並bing且qie幾ji乎hu逃tao避bi不bu開kai。就jiu像xiang電dian影ying院yuan裏li散san場chang的de時shi候hou,你ni從cong最zui裏li頭tou的de一yi號hao廳ting出chu來lai,沒mei幾ji個ge人ren,走zou來lai很hen通tong暢chang,突tu然ran二er號hao廳ting也ye散san場chang了le,一yi下xia子zi通tong道dao就jiu擁yong擠ji了le,再zai繼ji續xu前qian行xing,壞huai了le,三san號hao廳ting正zheng在zai放fang觀guan眾zhong 入場,一下子,人流就波動起來了。這和共地阻抗是一個原理,信道相當於地線,人相當於電流。如果一、二、三號廳流動的人差不多,相互之間影響不太大,但如 果3號廳是大廳,人員是一、二號廳的好多倍,那進出三號廳的人員將會對一、二號廳人員流動速度的影響很大。一、二、三號艇的客人都要走過的這段路就成了共 地阻抗。
以下圖為例,圖1中,RAB段的電阻就是共地阻抗部分,流過這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會相互影響;如果這三個電流差別較大,差出了1-2 個數量級的話,相互之間的影響就不可以忽視了,尤其是某個弱地電流支路是用於定量測量、放大或AD轉換電路的時候;圖2則把Id對另外兩個之路的影響隔離 掉了;圖3則是三個地電流全部分別隔離了。

基本思路是,在設計上,把安全保護地、工作數字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪湧地、屏蔽地先確保各自獨立的單獨連接,最後在係統聯調的時候,再根據 各地之間要解決的問題,即根據接地的目的,將這幾個地按照下列的之間的聯接方式處理下,連接方式包括:
a地——地間黃綠導線直聯 這zhe種zhong接jie法fa最zui好hao理li解jie,就jiu是shi簡jian單dan的de使shi兩liang個ge地di可ke靠kao的de低di阻zu抗kang導dao通tong。但dan切qie記ji,此ci種zhong接jie法fa僅jin限xian於yu中zhong低di頻pin信xin號hao電dian路lu地di之zhi間jian的de接jie法fa。因yin為wei這zhe類lei導dao線xian上shang有you一yi定ding的de走zou線xian電dian感gan和he走zou線xian電dian 阻zu,對dui高gao頻pin波bo動dong地di電dian流liu,在zai電dian感gan作zuo用yong下xia,電dian纜lan起qi到dao的de是shi大da阻zu抗kang的de作zuo用yong,相xiang當dang於yu低di頻pin接jie地di,高gao頻pin下xia大da阻zu抗kang接jie地di了le,基ji本ben不bu能neng實shi現xian高gao頻pin下xia的de可ke靠kao導dao通tong。
b地——地間寬扁平電纜直聯 bianpingdianlanzhuyaoshijiejueshangmiandaoxianzhilianbunengjiejuedewenti,jingdianceshigongzuotaidejiedidianlanbuyongzhixianjiushizhegedaoli,tazaigaopinxiakeyishixiandizukangduididaotong。
c地——地間大電阻連接 大電阻的特點是一旦電阻兩端出現壓差,就會產生很弱的導通電流,把地線上電荷瀉放掉之後,最終實現兩端的壓差=0V,這個特點在希望電荷瀉放,但又不希望 快速瀉放的時候,會表現得淋漓盡致。生產工作現場的防靜電台墊,導通電阻一般是106-109歐,就是這個目的。防靜電台墊相當於是工作電路板的地與保護 大地間的大電阻。
c地——地間電容連接 電(dian)容(rong)的(de)特(te)性(xing)是(shi)直(zhi)流(liu)截(jie)止(zhi),交(jiao)流(liu)導(dao)通(tong),對(dui)希(xi)望(wang)實(shi)現(xian)這(zhe)類(lei)功(gong)能(neng)的(de)場(chang)合(he)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)采(cai)取(qu)此(ci)方(fang)法(fa)。比(bi)如(ru)一(yi)個(ge)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)的(de)產(chan)品(pin),外(wai)殼(ke)和(he)保(bao)護(hu)接(jie)地(di)連(lian)接(jie),裏(li)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)地(di)有(you) 雜亂波動幹擾,但又無處瀉放的話,在24V、12V、5V等的直流電源地與保護接地間跨接大電容,波動可以被瀉放掉,但直流成分能保證是較穩的;注意,這 種情況下,保護地和外殼地的穩定不能保證的話,效果可能會適得其反歐。
d地——地間磁珠連接 在zai這zhe裏li,磁ci珠zhu的de特te性xing需xu要yao明ming確que一yi下xia,很hen多duo工gong程cheng師shi經jing常chang把ba磁ci珠zhu與yu電dian感gan劃hua等deng號hao,這zhe是shi根gen本ben性xing錯cuo誤wu。磁ci珠zhu等deng同tong於yu一yi個ge隨sui頻pin率lv變bian化hua的de電dian阻zu,它ta表biao現xian的de是shi電dian阻zu特te性xing,是shi耗hao損sun性xing質zhi 的;電dian感gan則ze是shi儲chu能neng性xing質zhi的de,相xiang當dang於yu銷xiao峰feng填tian穀gu。所suo以yi跨kua接jie磁ci珠zhu的de地di之zhi間jian一yi般ban是shi有you快kuai速su小xiao電dian流liu波bo動dong的de狀zhuang態tai,因yin為wei磁ci珠zhu會hui飽bao和he,電dian流liu太tai大da了le,它ta消xiao耗hao不bu了le。一yi般ban用yong在zai弱ruo信xin號hao 的地——地之間。
e地——地間電感連接 電感具有抑製電路狀態變化的特性,通過電感的連接,可以銷峰填穀,對於有較大電流波動的地——地,跨接電感可以解決這個問題。
f地——地間小電阻連接 小電阻要解決的問題是增加了一個阻尼,阻礙地電流快速變化的過衝,在電流變化時候,使衝擊電流上升沿變緩,相當於晶振輸出端、總線輸出端為減少過衝振鈴的 匹配電阻。
安全地、防雷擊浪湧接地的接法 因為雷擊浪湧、安全地的電流一般會遠大於信號電流對人的危害,這兩個接地建議分別單獨接到大地,在真正的大地處單點相接,尤其是防雷擊接地。
這(zhe)篇(pian)文(wen)章(zhang)耗(hao)時(shi)大(da)約(yue)月(yue)餘(yu),各(ge)種(zhong)思(si)路(lu)一(yi)直(zhi)盤(pan)旋(xuan)於(yu)心(xin),卻(que)有(you)無(wu)從(cong)做(zuo)起(qi),在(zai)我(wo)的(de)身(shen)上(shang),也(ye)印(yin)證(zheng)了(le)接(jie)地(di)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)與(yu)我(wo)們(men)的(de)關(guan)係(xi),最(zui)熟(shu)悉(xi)又(you)最(zui)陌(mo)生(sheng),最(zui)簡(jian)單(dan)又(you)最(zui)複(fu)雜(za),最(zui)易(yi)上(shang)路(lu) 又最難達到終點。希望通過粗淺的總結,為我們浮在雲裏霧端的接地設計提供一個落地的雲梯,使接地的設計真正能接到地氣上來。
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