理论教育 如何设计有效的接地方案?

如何设计有效的接地方案?

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:恰当的接地可以为干扰信号提供低阻抗通路,是非常有效地抑制干扰源的方法,可以解决50%的电磁兼容性问题。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减小返回电流的幅值。悬浮接地的优点是抗干扰性能好,缺点是设备不与公共地相连,两者之间会产生静电积累,到一定程度后引起剧烈的静电放电,成为破坏性很强的干扰源。

如何设计有效的接地方案?

恰当的接地可以为干扰信号提供低阻抗通路,是非常有效地抑制干扰源的方法,可以解决50%的电磁兼容性问题。地是导电体,用来作为电路的返回通道,或作为零电位参考点。地为电路或者系统提供一个参考电位,其数值可以与真实大地电位相同,也可以不同。地可以是设备的外壳、金属板、线或者真实的大地。

1.接地的原则与要求

在设计电路时,需要尽量做到“一点接地”。如果形成了多点接地,那么就会出现闭合的接地环路。如果有磁力线穿过这个环路,就会产生磁感应噪声。在实际中,“一点接地”是很难实现的,于是为了减小接地阻抗,降低分布电容的影响,可以采取平面接地或多点接地。将一个导电平面设为参考地,然后再将需要接地的部分就近接到这个导电平面上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减小返回电流的幅值。

接地的作用主要有三个:

1)使整个系统有一个公共的参考零电位,并给高频干扰电压提供低阻抗通路,保证电路能稳定工作。

2)防止外界电磁场的干扰。外壳接地,为瞬态干扰提供了泄放通道,也可使因静电感应而积累在外壳上的大量电荷通过大地泄放。否则,这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。

3)保证安全工作。当发生直接雷电电磁感应时,选择合适的接地,可避免驱动电源损坏。

2.信号接地

信号接地就是给信号电流提供流回信号源的低阻抗通路。交流电源的地线不能作为信号地线,因为一段电源地线的两点之间会有数百μV甚至几V的电压,它对低电平的信号电路来说是一个严重的干扰。信号接地方式如图4-18所示。

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图4-18 信号接地方式

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图4-19 单点接地

a)串联单点接地 b)并联单点接地

(1)单点接地

单点接地就是把所有电路的地线接到公共地线的同一点,以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种,如图4-19所示。在串联单点接地中,只有单点与地相接,可以消除信号地系统中的干扰电流闭合回路,使干扰电流的影响最小。但是在串联单点接地中许多电路之间有公共阻抗,因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重,所以低频电路最好采用并联单点接地。但是,因为并联单点接地需要较多的导线,容易造成各地线相互间的耦合,且随着频率的增加,地线阻抗、地线间的电感及电容耦合都会增大,所以在实践中常采用串联、并联的混合接地。(www.daowen.com)

(2)多点接地

多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,如图4-20所示。

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图4-20 多点接地

多点接地是就近接地,虽然每根地线都很短,接地阻抗较低,但是缺点就是形成了各种地线回路,接地回路面积太大,容易引入大的电感耦合型的干扰,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。

一般来讲,在1MHz以下时,采用单点接地;在10MHz以上时,采用多点接地;在1~10MHz时,如果最长的接地线不超过波长的1/20,可以用单点接地,否则用多点接地。

(3)混合接地

当电路的工作频带很宽时,在低频时需要单点接地,在高频时又需要多点接地,解决办法就是采用混合接地方式,如图4-21所示。在低频时,电容相当于开路,此时是单点接地;在高频时,电容短路,又相当于多点接地。

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图4-21 采用电容实现的混合接地

(4)悬浮接地

采用悬浮接地的目的是电路的某一部分或多个部分与“大地线”相隔离,各个电路内部有各自的“参考地”,各“参考地”分别通过低阻抗接地导线连接到“大地线”,从而抑制来自接地线的干扰。

实现悬浮接地的方法主要有电磁隔离和光耦隔离两种。电磁隔离采用变压器实现,通过变压器传递电信号,阻止电路耦合产生的电磁干扰。光电隔离采用光耦的发光二极管进行光发射、光敏晶体管进行光接收,来实现信号的传递。

悬浮接地的优点是抗干扰性能好,缺点是设备不与公共地相连,两者之间会产生静电积累,到一定程度后引起剧烈的静电放电,成为破坏性很强的干扰源。

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