“電路接地”的概念及應用

劉向陽 楊鮮輝

摘 要： “地”是電子技術中一個很重要的概念?！敖拥亍庇性O備內部的信號接地和設備接大地，兩者概念不同，目的也不同?！暗亍钡慕浀涠x是“作為電路或系統(tǒng)基準的等電位點或平面”。由于“地”的分類與作用有多種， 容易混淆，特此 總結一下“地”的概念。

關鍵詞： 信號地；安全地；浮地技術；混合接地

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，同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段。隨電子通信和其它數(shù)字領域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

“接地”有設備內部的信號接地和設備接大地，兩者概念不同，目的也不同。“地”的經典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準的等電位點或平面”。

一、信號“地”又稱參考“地”，就是零電位的參考點，也是構成電路信號回路的公共端 。

（1） 直流地：直流電路“地”，零電位參考點。

（2） 交流地：交流電的零線。應與地線區(qū)別開。

（3） 功率地：大電流網絡器件、功放器件的零電位參考點。

（4） 模擬地：放大器、采樣保持器、A/D轉換器和比較器的零電位參考點。

（5） 數(shù)字地：也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零電位參考點。

（6） “熱地”：開關電源無需使用工頻變壓器，其開關電路的“地”和市電電網有關，即所謂的“熱地”，它是帶電的。

（7） “冷地”：由于開關電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離；又由于其反饋電路常用光電耦合器，既能傳送反饋信號，又將雙方的“地”隔離；所以輸出端的地稱之為“冷地”，它不帶電。

設備的信號接地，它為設備中的所有信號提供了一個公共參考電位。

有單點接地，多點接地，浮地和混合接地。

單點接地是指整個電路系統(tǒng)中只有一個物理點被定義為接地參考點。

多點接地是指電子設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上。在高頻電路中，寄生電容和電感的影響較大。通常頻率大于10MHz的電路，常采用多點接地。

浮地，即該電路的地與大地無導體連接?！?虛地：沒有接地，卻和地等電位的點。

其優(yōu)點是該電路不受大地電性能的影響。

其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 加了對模擬電路的感應干擾。

2.混合接地

混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時呈現(xiàn)不同的特性，這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。

二、 設備接大地的目的是：

1、 從性能分，接地分成四類：安全接地、工作接地（數(shù)字地、模擬地、功率器件地）、防浪涌接地、防靜電接地。“接地的目的決定了接地方式”，目的即指其實現(xiàn)的功能。基本上所有的接地都可以歸結到這四類里面來。

2、 接地追求的目標是地阻抗低、地穩(wěn)定、地均衡。

3、 共地阻抗耦合干擾：共地阻抗耦合干擾是接地里面每天都要面對的核心問題，并且逃避不開。就像電影院里散場的時候，你從最里頭的一號廳出來，沒幾個人，走來很通暢，突然二號廳也散場了，一下子通道就擁擠了，再繼續(xù)前行，壞了，三號廳正在放觀眾入場，一下子，人流就波動起來了。這和共地阻抗是一個原理，通道相當于地線，人相當于電流。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。

4、較通用型的接地方法：基本思路是，在設計上，把安全保護地、工作數(shù)字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪涌地、屏蔽地先確保各自獨立的單獨連接，最后在系統(tǒng)聯(lián)調的時候，再根據(jù)各地之間要解決的問題，即根據(jù)接地的目的，將這幾個地按照下列的之間的聯(lián)接方式處理下，連接方式包括：

a地——地間黃綠導線直聯(lián)：這種接法最好理解，就是簡單的使兩個地可靠的低阻抗導通。

b地——地間寬扁平電纜直聯(lián)：扁平電纜主要是解決上面導線直聯(lián)不能解決的問題，靜電測試工作臺的接地電纜不用直線就是這個道理，它在高頻下可以實現(xiàn)地阻抗對地導通。

c地——地間大電阻連接：大電阻的特點是一旦電阻兩端出現(xiàn)壓差，就會產生很弱的導通電流，把地線上電荷瀉放掉之后，最終實現(xiàn)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(xiàn)得淋漓盡致。

d地——地間磁珠連接：在這里，磁珠的特性需要明確一下，磁珠等同于一個隨頻率變化的電阻，它表現(xiàn)的是電阻特性，是耗損性質的；電感則是儲能性質的，相當于銷峰填谷。所以跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動的狀態(tài)，因為磁珠會飽和，電流太大了，它消耗不了。一般用在弱信號的地——地之間。

e地——地間電感連接：電感具有抑制電路狀態(tài)變化的特性，通過電感的連接，可以銷峰填谷，對于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沖，在電流變化時候，使沖擊電流上升沿變緩，相當于晶振輸出端、總線輸出端為減少過沖振鈴的匹配電阻。

理論上講地是，如果有一個超級大電容的地層，多少電荷上去都幾乎不會引起地層電平的浮動，而且電荷泄放到此地線層的路徑阻抗為0的話，具備了這兩個特征的地，則是理想的地，但實際上因為超級大電容難實現(xiàn)，而且泄放地線也不可能阻抗為0，才導致出現(xiàn)了形形色色的接地問題。

結束語

在現(xiàn)代接地概念中、對于設備設計和維護線路工程師來說，該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點；對于系統(tǒng)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”?！?/p>

[1]接地與屏蔽技術—電路與干擾，作者Ralph Momison 李獻 王艷玲 出版日期2016-03-01.

[2]屏蔽與接地電磁兼容技術與應用，作者 高攸綱 出版日期2004-11-01.