【你問我答】 選數字地or模擬地?再弄錯找我!
發布時間:2016-10-18 責任編輯:sherry
【導讀】在zai工gong程cheng設she計ji中zhong,從cong參can考kao電dian平ping的de角jiao度du看kan,都dou是shi同tong一yi個ge地di,最zui終zhong都dou要yao接jie到dao一yi起qi獲huo得de相xiang同tong的de參can考kao電dian位wei。對dui於yu地di的de分fen開kai,主zhu要yao是shi從cong布bu線xian的de角jiao度du看kan的de,減jian少shao不bu同tong電dian路lu之zhi間jian地di的de幹gan擾rao,而er電dian源yuan的de地di不bu能neng看kan成cheng模mo擬ni地di,信xin號hao地di也ye不bu能neng看kan成cheng數shu字zi地di。
這主要是根據電路的性能來分割地,對於數字信號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。

地的分割與彙接:接地是抑製電磁幹擾、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製電磁幹擾的能力,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“係統基準地”(信號地)。接地就是指在係統與某個電位基準麵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,並以大地作為零電位,把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。
把接地平麵與大地連接,往往是出於以下考慮:
A、提高設備電路係統工作的穩定性;
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。控製係統中,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係統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下麵就接地問題提出一些看法:
(1)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)宜(yi)采(cai)用(yong)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)就(jiu)近(jin)多(duo)點(dian)接(jie)地(di),低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。在(zai)低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),布(bu)線(xian)和(he)元(yuan)件(jian)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)並(bing)不(bu)是(shi)什(shen)麼(me)大(da)問(wen)題(ti),然(ran)而(er)接(jie)地(di)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da),因(yin)此(ci),常(chang)以(yi)一(yi)點(dian)作(zuo)為(wei)接(jie)地(di)點(dian);但一點接地不適用於高頻,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;高於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。由於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幹擾,因此必須加以隔離和防止。
(3)浮地與接地的比較。全機浮空即係統各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個係統與大地絕緣電阻不能小於50MΩ。這zhe種zhong方fang法fa具ju有you一yi定ding的de抗kang幹gan擾rao能neng力li,但dan一yi旦dan絕jue緣yuan下xia降jiang就jiu會hui帶dai來lai幹gan擾rao。還hai有you一yi種zhong方fang法fa,就jiu是shi將jiang機ji殼ke接jie地di,其qi餘yu部bu分fen浮fu空kong。這zhe種zhong方fang法fa抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang,安an全quan可ke靠kao,但dan實shi現xian起qi來lai比bi較jiao複fu雜za。
(4)模mo擬ni地di。模mo擬ni地di的de接jie法fa十shi分fen重zhong要yao。為wei了le提ti高gao抗kang共gong模mo幹gan擾rao能neng力li,對dui於yu模mo擬ni信xin號hao可ke采cai用yong屏ping蔽bi浮fu技ji術shu。對dui於yu具ju體ti模mo擬ni量liang信xin號hao的de接jie地di處chu理li要yao嚴yan格ge按an照zhao操cao作zuo手shou冊ce上shang的de要yao求qiu設she計ji。
(5)屏蔽地。在控製係統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準zhun確que檢jian測ce和he控kong製zhi,對dui信xin號hao采cai用yong屏ping蔽bi措cuo施shi是shi十shi分fen必bi要yao的de。根gen據ju屏ping蔽bi目mu的de不bu同tong,屏ping蔽bi地di的de接jie法fa也ye不bu一yi樣yang。電dian場chang屏ping蔽bi解jie決jue分fen布bu電dian容rong問wen題ti,一yi般ban接jie大da地di;電磁場屏蔽主要避免雷達、電台等高頻電磁場輻射幹擾。利用低阻金屬材料高導流而製成,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depingbicengyeyingyidianjiedi。ruguodianlandepingbicengdidianyouyigeyishangshi,jiangchanshengzaoshengdianliu,xingchengzaoshengganraoyuan。dangyigedianluyouyigebujiedidexinhaoyuanyuxitongzhongjiedidefangdaqixianglianshi,shuruduandepingbiyingjiezhifangdaqidegonggongduan;相反,當接地的信號源與係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。
對於電氣係統的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任ren意yi地di連lian接jie在zai一yi起qi,而er是shi要yao分fen成cheng若ruo幹gan獨du立li的de接jie地di子zi係xi統tong,每mei個ge子zi係xi統tong都dou有you其qi共gong同tong的de接jie地di點dian或huo接jie地di幹gan線xian,最zui後hou才cai連lian接jie在zai一yi起qi,實shi行xing總zong接jie地di。
Q1:為什麼要接地?
Answer:接jie地di技ji術shu的de引yin入ru最zui初chu是shi為wei了le防fang止zhi電dian力li或huo電dian子zi等deng設she備bei遭zao雷lei擊ji而er采cai取qu的de保bao護hu性xing措cuo施shi,目mu的de是shi把ba雷lei電dian產chan生sheng的de雷lei擊ji電dian流liu通tong過guo避bi雷lei針zhen引yin入ru到dao大da地di,從cong而er起qi到dao保bao護hu建jian築zhu物wu的de作zuo用yong。同tong時shi,接jie地di也ye是shi保bao護hu人ren身shen安an全quan的de一yi種zhong有you效xiao手shou段duan,當dang某mou種zhong原yuan因yin引yin起qi的de相xiang線xian(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。
suizhedianzitongxinheqitashuzilingyudefazhan,zaijiedixitongzhongzhikaolvfangleiheanquanyiyuanyuanbunengmanzuyaoqiule。biruzaitongxinxitongzhong,daliangshebeizhijianxinhaodehulianyaoqiugeshebeidouyaoyouyigejizhun‘地’作zuo為wei信xin號hao的de參can考kao地di。而er且qie隨sui著zhe電dian子zi設she備bei的de複fu雜za化hua,信xin號hao頻pin率lv越yue來lai越yue高gao,因yin此ci,在zai接jie地di設she計ji中zhong,信xin號hao之zhi間jian的de互hu擾rao等deng電dian磁ci兼jian容rong問wen題ti必bi須xu給gei予yu特te別bie關guan注zhu,否fou則ze,接jie地di不bu當dang就jiu會hui嚴yan重zhong影ying響xiang係xi統tong運yun行xing的de可ke靠kao性xing和he穩wen定ding性xing。最zui近jin,高gao速su信xin號hao的de信xin號hao回hui流liu技ji術shu中zhong也ye引yin入ru了le“地”的概念。
Q2:接地的定義
Answer:在現代接地概念中、對於線路工程師來說,該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點’;對於係統設計師來說,它常常是機櫃或機架;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在電路裏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,主要是便於對電路進行分析。
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。
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Q4:合適的接地方式
Answer:接(jie)地(di)有(you)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi),有(you)單(dan)點(dian)接(jie)地(di),多(duo)點(dian)接(jie)地(di)以(yi)及(ji)混(hun)合(he)類(lei)型(xing)的(de)接(jie)地(di)。而(er)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)又(you)分(fen)為(wei)串(chuan)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)和(he)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),單(dan)點(dian)接(jie)地(di)用(yong)於(yu)簡(jian)單(dan)電(dian)路(lu),不(bu)同(tong)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)接(jie)地(di)區(qu)分(fen),以(yi)及(ji)低(di)頻(pin)(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(完整的地平麵層)。
Q5:信號回流和跨分割的介紹
Answer:對於一個電子信號來說,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di一yi,根gen據ju公gong式shi可ke以yi知zhi道dao,輻fu射she強qiang度du是shi和he回hui路lu麵mian積ji成cheng正zheng比bi的de,就jiu是shi說shuo回hui流liu需xu要yao走zou的de路lu徑jing越yue長chang,形xing成cheng的de環huan越yue大da,它ta對dui外wai輻fu射she的de幹gan擾rao也ye越yue大da,所suo以yi,PCB布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路麵積。
第二,對於一個高速信號來說,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(gao)速(su)線(xian)附(fu)近(jin)有(you)連(lian)續(xu)的(de)地(di)平(ping)麵(mian),這(zhe)樣(yang)這(zhe)條(tiao)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)就(jiu)能(neng)保(bao)持(chi)連(lian)續(xu),如(ru)果(guo)有(you)段(duan)線(xian)附(fu)近(jin)沒(mei)有(you)了(le)地(di)參(can)考(kao),這(zhe)樣(yang)阻(zu)抗(kang)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua),不(bu)連(lian)續(xu)的(de)阻(zu)抗(kang)從(cong)而(er)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。
所以,布線的時候要把高速線分配到靠近地平麵的層,或者高速線旁邊並行走一兩條地線,起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第(di)三(san),為(wei)什(shen)麼(me)說(shuo)布(bu)線(xian)的(de)時(shi)候(hou)盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)跨(kua)電(dian)源(yuan)分(fen)割(ge),這(zhe)也(ye)是(shi)因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)跨(kua)越(yue)了(le)不(bu)同(tong)電(dian)源(yuan)層(ceng)後(hou),它(ta)的(de)回(hui)流(liu)途(tu)徑(jing)就(jiu)會(hui)很(hen)長(chang)了(le),容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)。當(dang)然(ran),不(bu)是(shi)嚴(yan)格(ge)要(yao)求(qiu)不(bu)能(neng)跨(kua)越(yue)電(dian)源(yuan)分(fen)割(ge),對(dui)於(yu)低(di)速(su)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)可(ke)以(yi)的(de),因(yin)為(wei)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)相(xiang)比(bi)信(xin)號(hao)可(ke)以(yi)不(bu)予(yu)關(guan)心(xin)。對(dui)於(yu)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)就(jiu)要(yao)認(ren)真(zhen)檢(jian)查(zha),盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)跨(kua)越(yue),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)電(dian)源(yuan)部(bu)分(fen)的(de)走(zou)線(xian)。
Q6:為什麼要將模擬地和數字地分開,如何分開?
Answer:模mo擬ni信xin號hao和he數shu字zi信xin號hao都dou要yao回hui流liu到dao地di,因yin為wei數shu字zi信xin號hao變bian化hua速su度du快kuai,從cong而er在zai數shu字zi地di上shang引yin起qi的de噪zao聲sheng就jiu會hui很hen大da,而er模mo擬ni信xin號hao是shi需xu要yao一yi個ge幹gan淨jing的de地di參can考kao工gong作zuo的de。如ru果guo模mo擬ni地di和he數shu字zi地di混hun在zai一yi起qi,噪zao聲sheng就jiu會hui影ying響xiang到dao模mo擬ni信xin號hao。一yi般ban來lai說shuo,模mo擬ni地di和he數shu字zi地di要yao分fen開kai處chu理li,然ran後hou通tong過guo細xi的de走zou線xian連lian在zai一yi起qi,或huo者zhe單dan點dian接jie在zai一yi起qi。總zong的de思si想xiang是shi盡jin量liang阻zu隔ge數shu字zi地di上shang的de噪zao聲sheng竄cuan到dao模mo擬ni地di上shang。當dang然ran這zhe也ye不bu是shi非fei常chang嚴yan格ge的de要yao求qiu模mo擬ni地di和he數shu字zi地di必bi須xu分fen開kai,如ru果guo模mo擬ni部bu分fen附fu近jin的de數shu字zi地di還hai是shi很hen幹gan淨jing的de話hua可ke以yi合he在zai一yi起qi。
Q7:單板上的信號如何接地?
Answer:對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo),就(jiu)近(jin)接(jie)地(di)是(shi)最(zui)好(hao)的(de),采(cai)用(yong)了(le)擁(yong)有(you)完(wan)整(zheng)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)多(duo)層(ceng)板(ban)設(she)計(ji)後(hou),對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)信(xin)號(hao)的(de)接(jie)地(di)就(jiu)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)了(le),基(ji)本(ben)原(yuan)則(ze)是(shi)保(bao)證(zheng)走(zou)線(xian)的(de)連(lian)續(xu)性(xing),減(jian)少(shao)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang);靠近地平麵或者電源平麵,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lian接jie器qi等deng等deng,如ru果guo對dui它ta們men的de接jie地di設she計ji得de不bu好hao也ye會hui影ying響xiang到dao正zheng常chang工gong作zuo,例li如ru網wang口kou互hu連lian有you誤wu碼ma,丟diu包bao等deng,並bing且qie會hui成cheng為wei對dui外wai的de電dian磁ci幹gan擾rao源yuan,把ba板ban內nei的de噪zao聲sheng向xiang外wai發fa送song。一yi般ban來lai說shuo會hui單dan獨du分fen割ge出chu一yi塊kuai獨du立li的de接jie口kou地di,與yu信xin號hao地di的de連lian接jie采cai用yong細xi的de走zou線xian連lian接jie,可ke以yi串chuan上shang0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ping蔽bi電dian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng都dou要yao接jie到dao單dan板ban的de接jie口kou地di上shang而er不bu是shi信xin號hao地di上shang,這zhe是shi因yin為wei信xin號hao地di上shang有you各ge種zhong的de噪zao聲sheng,如ru果guo屏ping蔽bi層ceng接jie到dao了le信xin號hao地di上shang,噪zao聲sheng電dian壓ya會hui驅qu動dong共gong模mo電dian流liu沿yan屏ping蔽bi層ceng向xiang外wai幹gan擾rao,所suo以yi設she計ji不bu好hao的de電dian纜lan線xian一yi般ban都dou是shi電dian磁ci幹gan擾rao的de最zui大da噪zao聲sheng輸shu出chu源yuan。當dang然ran前qian提ti是shi接jie口kou地di也ye要yao非fei常chang的de幹gan淨jing。
混合電路裏麵做標示用的,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),集成電路剛出現時隻有NPN管,後來才有集成進去的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)。
最後談一下接地方式的一般選取原則:
對於給定的設備或係統,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,對於低於1MHZ的電路,采用單點接地較好;對於高於10MHZ,則采用多點接地為佳。對於介於兩者之間的頻率而言,隻要最長傳輸線的長度L小於/20 入,則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。
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