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电子设计常见的接地技术特点分析(2)

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摘要：

4 电路中常用的接地方法及特点

4.1 浮地技术

浮地技术是电子设计中常用的一种方法，浮地技术具有的特点是电路板信号地不与外部公共地连接，使得电路具有良好的隔离效果。基于浮地技术的电路能与外界地系统保持优良的隔离效果，不会受到外界地系统的影响。但是电路上常会出现静电干扰现象，威胁到电压安全[4-5]。电子设计过程中，常在小型低速设备中应用浮地技术。

4.2 串联单点接地

串联单点接地是一种十分值得推荐的接地方法，其特点是接地方式简洁，不用在设计过程中考虑过多的问题，在电子设计的实际应用中较为广泛（图1）。但是，此种接地方法容易引起电路的共阻抗耦合，使得各电路模块间相互产生干扰。

4.3 并联单点接地

采用并联单点接地的方法可以在一定范围内解决串联单点接地出现共阻抗耦合的问题，但是实际应用时，常常会出现引入接地线过多的情况，需要在设计过程中对接地方法综合评价，选用合理的接地方法（图2）[6]。如果有足够大的电路板面积，可以考虑采用并联接地的方式；如果只要电路模块间进行简单的连接，则可采用串联模式。

4.4 多点接地

日常设计中更多的会使用多点接地技术，尤其是在设计多模块电路的过程中，其优点在于能够有效排除高频对系统的干扰。但是采用这种接地方式容易出现地环路的问题，因此需要格外注意此问题，以提升系统的可靠性[7]。一些高速设备在设计过程中需要在其金属机壳上多点接地，如图3 所示。需注意，接地点间距不应大于设备最大工作频率波长的1/20。

图1 串联单点接地示意图

图2 并联单点接地示意图

图3 多点接地示意图

5 结论

目前，快速发展的大规模集成电路以及高频电路正在各个行业被广泛应用。因此，低阻抗地线设计需要给予特别的重视。在设计电路的过程中，尽可能地降低电路中的回路面积，有助于提升电路设计稳定性以及提升电子系统EMC 的性能。在电路的具体设计工作中，需要对多种接地技术进行综合评价，灵活使用接地方法，以达到快速提升系统稳定性的目标。

[1] 姚晓平.电路设计中的接地技术[J].电源世界，2012，（9）：51-54.

[2] 王晓惠.基于电路系统接地技术的研究[J].电子技术与软件工程，2016，（1）：129.

[3] RalphMorrison，莫里森，李献，等.接地与屏蔽技术：电路与干扰[M].北京：清华大学出版社，2016.

[4] Bo Z，Jinliang H E，Rong Z .State of Art and Prospect of Grounding Technology in Power System[J].High Voltage Engineering，2015，（8）：2569-2582.

[5] He J，Zeng R，Zhang B .Methodology and Technology for Power System Grounding[M].John Wiley & Sons Inc，2013.

[6] 蔡春强.小电流接地系统新型选线技术的研究[D].青岛：山东科技大学，2008.

[7] 王雪丽.电路系统接地技术分析[J].纳税，2017，（31）：178.

0 引言电子设计的过程中，最为常见的的技术问题就是电路板接地，电子设计的接地技术包括了单模拟电路回路接地、数字电路回路接地以及模拟数字电路的混合接地。这些接地技术的进步展示了电子电路设计的不断进步和发展。在电子设计过程中，提出的要求较多，如果经过EMC 的检测，电路板的信号频率比较高(信号的上升时间为10 ns 甚至更低的数量级)，那么在考虑电路的接地方式时，也需兼顾各种实际因素[1]。本文主要分析了这些接地技术的相关内容。1 电路接地的作用最初，接地技术是为了防止电力设施和电子设备遭受雷击而采取的预防性、保护性措施，接地主要是为了将雷电中的电流经过避雷设施引入到大地中，进而保护建筑物和电力设施。同时，接地也能够有效保护人身安全。如果电线绝缘性能不佳或者线路老化等问题严重，在设备外部便会出现较高的危险电压，进一步产生故障电流，电流流向大地，就会对电路产生一定的保护作用。随着通信技术和数字技术的不断发展，电路设计中只考虑系统的防雷问题已经难以满足发展的要求[2]。在进行电路接地设计时，必须特别关注信号间的互相干扰问题。否则，不合适的接地会造成系统的不稳定。近期的研究和应用中，在电路的高速信号回流技术也逐渐融入了“接地”的思维。2 减少环路影响的相关技术2.1 光耦技术进行电子电路设计时，为了防止前面电路对后级电路的影响，常常采用光耦隔离技术。这在很大程度上降低了发送电路对接收电路产生的干扰。光耦的存在，在很大程度上降低了地环路影响电路的水平隔离变压器技术连接电路隔离变压器技术中，一般使用的变压器比例为1:1，有效隔离的发送电路与接收电路能够使接收电路的?共模扼流圈电子设计的过程中，设计的接收电路与发射电路通过共模扼流圈相互连接。这样的连接能够使得接收电路中的回路大幅降低。此外，为接收电路?平衡电路技术采用平衡电路技术时，通常以多点并联的电源发送电路，通过并联在一起的模块电路，将各个模块进行并联，然后单点接地。平衡电路中，每个模块之间的电流之间不会产生任何影响，提升了系统稳定性。3 不同信号的接地处理电路设计中合理处理不同信号的接地是进行接地设计与安装的重要基础。（1）控制系统最适合一点接地方式。通常，在高频电路中需要采用多点接地，而低频电路采用一点接地即可。低频电路的布线与元件间之间不会产生强烈的电感，但是接地产生的环路则会造成较大干扰，所以在低频电路中通常采用一点接地方式。在高频电路中，地线上会产生一定量的电感而增加了地线阻抗，高频电路中的地线间又会出现电感耦合效应。因此，低于1 MHz 的频率，多采用一点接地；而大于10 MHz 频率，则采用多点接地的方式。当频率处于1 ～10 MHz 间则根据实际选用一点接地或者多点接地。（2）交流地与信号地不共用的情况下，电源线的两端一般会存在一定量的电压。在低电平信号的电路中，这种干扰是非常重要的因素，需要特别注意隔离与防范。（3）接地与浮地的比较。电路完全浮空是一种简单的抗干扰方法，然而整个电路系统与大地绝缘电阻值不能低于50 MΩ。浮地具有一定的抗干扰特性，但只要绝缘能力降低就会带来一定量的干扰。另外一种方法是将电路的机壳接地，其余部分浮空。此方法具有极强的抗干扰能力，安全性高，但是实际操作则较为复杂，难以实现。（4）模拟地。模拟地的接法的重要性在于其关系到抗共模的干扰能力，电路中的模拟信号采用屏蔽浮技术。针对具体模拟量信号进行接地处理时则必须按照规范严格进行设计工作。（5）屏蔽地。为了降低控制系统中信号的电容耦合噪声等问题，必要时需要对信号采取屏蔽措施。按照屏蔽的目的，会存在不同的屏蔽地接法[3]。如果是解决分布电容方面的问题通常接大地便可。接地材料一般由高导低阻金属材料制成，可以直接与大地相接。磁铁、电机、变压器以及电路线圈的磁感应的屏蔽则采用高导磁材料，能够使得磁路产生闭合，通常接大地即可。假如电路信号只是一点接地，在低频电缆设计的屏蔽层也需要一点接地。如果电缆设计的屏蔽层地点大于一个，便有可能产生噪声电流，产生噪声干扰源。4 电路中常用的接地方法及特点4.1 浮地技术浮地技术是电子设计中常用的一种方法，浮地技术具有的特点是电路板信号地不与外部公共地连接，使得电路具有良好的隔离效果。基于浮地技术的电路能与外界地系统保持优良的隔离效果，不会受到外界地系统的影响。但是电路上常会出现静电干扰现象，威胁到电压安全[4-5] 串联单点接地串联单点接地是一种十分值得推荐的接地方法，其特点是接地方式简洁，不用在设计过程中考虑过多的问题，在电子设计的实际应用中较为广泛（图1）。但是，此种接地方法容易引起电路的共阻抗耦合，使得各电路模?并联单点接地采用并联单点接地的方法可以在一定范围内解决串联单点接地出现共阻抗耦合的问题，但是实际应用时，常常会出现引入接地线过多的情况，需要在设计过程中对接地方法综合评价，选用合理的接地方法（图2）[6]。如果有足够大的电路板面积，可以考虑采用并联接地的方式；如果只要电路模块间进行简单的连接，则可采用串联模式多点接地日常设计中更多的会使用多点接地技术，尤其是在设计多模块电路的过程中，其优点在于能够有效排除高频对系统的干扰。但是采用这种接地方式容易出现地环路的问题，因此需要格外注意此问题，以提升系统的可靠性[7]。一些高速设备在设计过程中需要在其金属机壳上多点接地，如图3 所示。需注意，接地点间距不应大于设备最大工作频率波长的1/20。图1 串联单点接地示意图图2 并联单点接地示意图图3 多点接地示意图5 结论目前，快速发展的大规模集成电路以及高频电路正在各个行业被广泛应用。因此，低阻抗地线设计需要给予特别的重视。在设计电路的过程中，尽可能地降低电路中的回路面积，有助于提升电路设计稳定性以及提升电子系统EMC 的性能。在电路的具体设计工作中，需要对多种接地技术进行综合评价，灵活使用接地方法，以达到快速提升系统稳定性的目标。参考文献：[1] 姚晓平.电路设计中的接地技术[J].电源世界，2012，（9）：51-54.[2] 王晓惠.基于电路系统接地技术的研究[J].电子技术与软件工程，2016，（1）：129.[3] RalphMorrison，莫里森，李献，等.接地与屏蔽技术：电路与干扰[M].北京：清华大学出版社，2016.[4] Bo Z，Jinliang H E，Rong Z .State of Art and Prospect of Grounding Technology in Power System[J].High Voltage Engineering，2015，（8）：2569-2582.[5] He J，Zeng R，Zhang B .Methodology and Technology for Power System Grounding[M].John Wiley & Sons Inc，2013.[6] 蔡春强.小电流接地系统新型选线技术的研究[D].青岛：山东科技大学，2008.[7] 王雪丽.电路系统接地技术分析[J].纳税，2017，（31）：178.

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