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，低阻抗的地線設(shè)計在電路中顯得尤為重要，在接觸電子電路圖時，首先要搞清楚電路中接地的問題，今天小編就給各位詳細(xì)介紹電路設(shè)計中接地的相關(guān)問題，包括接地方式及電路接地設(shè)計方法。

　　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。

　　二、電子電路圖中的接地，對電路而言是一個共用參考點；對電路圖的繪制而言是一種簡略畫法；對分析電路工作原理而言，可以方便識圖。電源規(guī)定正奐極，實際是為輸出一個電位差。電路圖接地，這里的“地”要加上引號，只是規(guī)定了一個基準(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)實際需要設(shè)定，并不是負(fù)極都接地，這與實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是電路中的共用參考點，這一點的電壓為０Ｖ，電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準(zhǔn)的，電路圖中所標(biāo)出的各點電壓數(shù)據(jù)都是相對地端的大小，這樣可以大大方便修理中的電壓測量。

　?、诮拥胤柺且环N電路連線的省略畫法，接地線點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。

　?、垡话闱闆r下，一張電路圖中只有一種接地符號，此時所有的地端是相連的。在少量的電路圖中會出現(xiàn)兩種不同的接地符號。相同接地點之間的連線稱為地線。

　　④采用正極性供電的電路圖中，接地點是電源的負(fù)極，電路中所有與電源負(fù)極相連的元器件、線路都可以用同一個接地符號來表示，這樣同一個電路圖中相同符號接地點之間是相通的，這一接地就是共用參考點。采用這種方法后，可以減少電路圖中的連線，從而可以方便電路的分析。

　?、莶捎秘?fù)極性供電的電路圖中，接地點是電源的正極，電路中所有與電源正極相連的元器件、線路都可以用同一個接地符號來表示，這一接地也是共用參考點。一般電路中采用正極性電源供電的情況比較多。

　?、拚?、負(fù)電源供電時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。

　　電路如何接地？

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　　1 接地的分類

　　接地按其作用可以分為兩類：

　?、俦Ｗo(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；

　?、诒Ｕ显O(shè)備的正常運行的叫工作接地。

　　這里的分類是指接地工程設(shè)計施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設(shè)備本身專門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)或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號（弱電）防雷地和電源（強電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上，和電源防雷地分開建設(shè)。

　　機殼安全接地

　　機殼安全接地是將系統(tǒng)中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等）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)的供電是強電供電（380、220或110V），通常情況下機殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，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，那么就會通過人身形成通路，產(chǎn)生危險。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機殼和地等電位。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行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。

　　信號地

　　信號地（SG）是各種物理量的傳感器和信號源零電位以及電路中信號的公共基準(zhǔn)地線（相對零電位）。此處信號一般指模擬信號或者能量較弱的數(shù)字信號，易受電源波動或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號的信噪比（SNR）下降。特別是模擬信號，信號地的漂移，會導(dǎo)致信噪比下降；信號的測量值產(chǎn)生誤差或者錯誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計的失敗。因此對信號地的要求較高，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)生干擾地線直接連接。尤其是微小信號的測量，信號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。由于模擬電路既承擔(dān)小信號的處理，又承擔(dān)大信號的功率處理；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。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。減小地線的導(dǎo)線電阻，將電路中的模擬和數(shù)字部分開，最后通過電感濾波和隔離，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。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，會在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數(shù)字部分分開，最后通過電感，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系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過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于自己“地”的電位。常用在小信號的提取系統(tǒng)或者強電和弱點混合系統(tǒng)中。

　　其優(yōu)點是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加對模擬電路的感應(yīng)干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接，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，所有工作點相對的地都是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)與整個系統(tǒng)的連接完全通過變壓器耦合，在這里設(shè)計的時候需要注意信號的連接方式。

　　電源地

　　電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元，而各個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)動電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線，以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

　　 接地的形式

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

　　單點接地

　　工作頻率低（《1MHz）的采用單點接地式（即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設(shè)置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點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)的單點接地式。

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

　　多點接地

　　工作頻率高（》10MHz）的采用多點接地式。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。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。

　　采用多點接地時，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)接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。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：

　?。?）盡量提高浮地系統(tǒng)的對地絕緣電阻，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)對地存在的較大寄生電容，高頻干擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中，在設(shè)計時一定要注意。

　?。?）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，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設(shè)備和人身的危害。

　　電路設(shè)計中接地方法及設(shè)計

　　地線也是有阻抗的，電流流過地線時，會產(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，要降低地線噪聲的前提是降低地線的阻抗。

　　眾所周知，地線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，低阻抗的地線設(shè)計在電路中顯得尤為重要。這里就簡單列舉幾種常用的接地方法：

　　單點接地

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

　　單點接地可以分為“串聯(lián)接地”和“并聯(lián)接地”兩種方式。串聯(lián)單點接地的方式簡單，但是存在共同地線的原因，導(dǎo)致存在公共地線阻抗，如果此時串聯(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)單點接地的方式可以避免公共地線耦合的因素，但是每部分電路都需要引地線到接地點上，需要的地線就過多，不實用。

　　所以，在實際應(yīng)用時，可以采用串聯(lián)和并聯(lián)混合的單點接地方式。在畫PCB板時，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。

　　單點接地在高頻電路里面，因為地線長，地線的阻抗是永遠(yuǎn)避免不了的因素，所以并不適用，那怎么辦呢？下面再介紹“多點接地”。

　　多點接地

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

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

　　1，減小地線導(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)），高頻電流會在導(dǎo)體表面通過，所以單純增大地線導(dǎo)體的橫截面積往往作用不大?？梢钥紤]在導(dǎo)體表面鍍銀，因為銀的導(dǎo)電性較其他導(dǎo)電物質(zhì)優(yōu)秀，故而會降低導(dǎo)體電阻。

　　2，減小地線的感抗，最好的方法就是增大地線的面積。

　　在實際應(yīng)用時，地線短，地面積大，抗干擾的效果就會更好。

　　寫到這里時，可能有人會問，如何才算是高頻電路？參考楊繼深教授的書籍《電磁兼容EMC技術(shù)》有提到“通常1MHZ以下算低頻電路，可以采用單點接地，10MHZ以上算高頻電路，可以采用多點接地的方式”，1MHZ和10MHZ時，如果最長地線不超過波長的1/20，可以單點接地，否則多點接地。

　　假如電路中既有高頻信號，又有低頻信號，怎么辦？混合接地會是個好選擇！

　　混合接地

　　如圖所示。

　　通過圖來分析。

　　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。那么地線在低頻時是斷開的，在受到高頻干擾時接近導(dǎo)通。如此接法可以有效避開地線環(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。那么地線在低頻時是類似導(dǎo)通的，在受到高頻干擾時是斷開。如此接法可以有效避開地環(huán)路電流的影響。

　　綜述，在實際應(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干擾信號，達(dá)到電路的最優(yōu)效果。