【導(dǎo)讀】關(guān)于電路設(shè)計(jì)中的接地處理，除了需要正確進(jìn)行接地設(shè)計(jì)、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理。本文匯總了關(guān)于控制系統(tǒng)中接地處理的各種方案。
控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線：
(1)數(shù)字地：也叫邏輯地，是各種開關(guān)量(數(shù)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(chǎn)生噪聲的地。
(5)直流地：直流供電電源的地。
(6)屏蔽地：也叫機(jī)殼地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。
以上這些地線處理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的一個(gè)重要問題。下面就接地問題提出一些看法：
(1)控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地。一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大，因此，常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn);但一點(diǎn)接地不適用于高頻，因?yàn)楦哳l時(shí)，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地;在1～10MHz之間可用一點(diǎn)接地，也可用多點(diǎn)接地。
(2)交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個(gè)非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。
(3)浮地與接地的比較。全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個(gè)系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會(huì)帶來干擾。還有一種方法，就是將機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。
(4)模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計(jì)。
(5)屏蔽地。在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題，一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當(dāng)信號電路是一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí)，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端;相反，當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí)，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。
對于電氣系統(tǒng)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、任意地連接在一起，而是要分成若干獨(dú)立的接地子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線，最后才連接在一起，實(shí)行總接地。
Q1：為什么要接地?
Answer：接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用。同時(shí)，接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段，當(dāng)某種原因引起的相線(如電線絕緣不良，線路老化等)和設(shè)備外殼碰觸時(shí)，設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn) 電壓產(chǎn)生，由此生成的故障電流就會(huì)流經(jīng)PE線到大地，從而起到保護(hù)作用。隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足 要求了。比如在通信系統(tǒng)中，大量設(shè)備之間信號的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設(shè)計(jì)中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關(guān)注，否則，接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。最近，高速信號的信號回流技術(shù) 中也引入了“地”的概念。
Q2：接地的定義
Answer:
在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說，該術(shù)語的含義通常是‘線路電壓的參考點(diǎn)’;對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，它常常是機(jī)柜或機(jī)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(gè)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(hù)地或機(jī)殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數(shù)字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護(hù)地 .GND在電路里常被定為電壓參考基點(diǎn)。從電氣意義上說，GND分為電源地和信號地。PG是Power Ground(電源地)的縮寫。另一個(gè)是 Signal Ground(信號地)。實(shí)際上它們可能是連在一起的(不一定是混在一起哦!)。兩個(gè)名稱，主要是便于對電路進(jìn)行分析。進(jìn)一步說，還有因電路形式不同而必須區(qū)分的兩種“地”：數(shù)字地，模擬地.數(shù)字地和模擬地都有信號地、電源地兩種情況。數(shù)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。
Q4：合適的接地方式
Answer:
接地有多種方式，有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。一般來說，單點(diǎn)接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區(qū)分，以及低頻(f<1MHz)電子線路。當(dāng)設(shè)計(jì)高頻(f>10MHz)電路時(shí)就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板(完整的地平面層)。
Q5：信號回流和跨分割的介紹
Answer：對于一個(gè)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(gè)信號回流就變得非常的關(guān)鍵。
第一，根據(jù)公式可以知道，輻射強(qiáng)度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環(huán)越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時(shí)候要 盡可能減小電源回路和信號回路面積。
第二，對于一個(gè)高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量，這是因?yàn)镻CB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層(或電源層)為參考來計(jì)算的，如果 高速線附近有連續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù)，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會(huì)發(fā)生變化，不連續(xù)的阻抗從而會(huì)影響到信號的完整性。所以，布線的時(shí)候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，為什么說布線的時(shí)候盡量不要跨電源分割，這也是因?yàn)樾盘柨缭搅瞬煌娫磳雍螅幕亓魍緩骄蜁?huì)很長了，容易受到干擾。當(dāng)然，不是嚴(yán)格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號是可以的，因?yàn)楫a(chǎn)生的干擾相比信號可以不予關(guān)心。對于高速信號就要認(rèn)真檢查，盡量不要跨越，可以通過調(diào)整電源部分的走線。(這是針對多層板多個(gè)電源供應(yīng)情況說的)
Q6：為什么要將模擬地和數(shù)字地分開，如何分開?
Answer：模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地，因?yàn)閿?shù)字信號變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會(huì)很大，而模擬信號是需要一個(gè)干凈的地參考工作的。如果模擬地和數(shù)字地混在一起，噪聲就會(huì)影響到模擬信號。 一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細(xì)的走線連在一起，或者單點(diǎn)接在一起?？偟乃枷胧潜M量阻隔數(shù)字地上的噪聲竄到模擬地上。當(dāng)然這也不是非常嚴(yán)格的要求模擬地和數(shù)字地必須分開，如果模擬部分附近的數(shù)字地還是很干凈的話可以合在一起。
Q7：單板上的信號如何接地?
Answer：對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設(shè)計(jì)后，對于一般信號的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續(xù)性，減少過孔數(shù)量;靠近地平面或者電源平面，等等。
Q8：單板的接口器件如何接地?
Answer：有些單板會(huì)有對外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網(wǎng)口RJ45連接器等等，如果對它們的接地設(shè)計(jì)得不好也會(huì)影響到正常工作，例如網(wǎng)口互連有誤碼，丟包等，并且會(huì)成為對外的電磁干擾源，把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會(huì)單獨(dú)分割出一塊獨(dú)立的接口地，與信號地的連接采用細(xì)的走線連接，可以串上 0歐姆或者小阻值的電阻。細(xì)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(rèn)真考慮。
Q9：帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地?
Answer：屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號地上，這是因?yàn)樾盘柕厣嫌懈鞣N的噪聲，如果屏蔽層接到了信號地上，噪聲電壓會(huì)驅(qū)動(dòng)共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設(shè)計(jì)不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當(dāng)然前提是接口地也要非常的干凈混合電路里面做標(biāo)示用的,VCC表示模擬信號電源,GND表示模擬信號地,VDD表示數(shù)字信號電源,VSS表示數(shù)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(fā)射極)，集成電路剛出現(xiàn)時(shí)只有NPN管，后來才有集成進(jìn)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)。
一、解釋 VCC：C=circuit 表示電路的意思, 即接入電路的電壓
VDD：D=device表示器件的意思, 即器件內(nèi)部的工作電壓;
VSS：S=series表示公共連接的意思，通常指電路公共接地端電壓。
二、說明
1、對于數(shù)字電路來說，VCC是電路的供電電壓,VDD是芯片的工作電壓(通常Vcc>Vdd)，VSS是接地點(diǎn)。
2、有些IC既有VDD引腳又有VCC引腳，說明這種器件自身帶有電壓轉(zhuǎn)換功能。
3、在場效應(yīng)管(或COMS器件)中，VDD為漏極，VSS為源極，VDD和VSS指的是元件引腳，而不表示供電電壓。
VDD:電源電壓(單極器件);電源電壓(4000系列數(shù)字電 路);漏極電壓(場效應(yīng)管)
VCC：電源電壓(雙極器件);電源電壓(74系列數(shù)字電路);聲控載波(Voice ControlledCarrier)
VSS:地或電源負(fù)極
VEE：負(fù)電壓供電;場效應(yīng)管的源極(S)
VPP：編程/擦除電壓。
詳解：
在電子電路中，VCC是電路的供電電壓, VDD是芯片的工作電壓：
VCC：C=circuit表示電路的意思, 即接入電路的電壓， D=device 表示器件的意思, 即器件內(nèi)部的工作電壓，在普通的電子電路中，一般Vcc>Vdd !
VSS：S=series表示公共連接的意思，也就是負(fù)極。
有些IC 同時(shí)有VCC和VDD， 這種器件帶有電壓轉(zhuǎn)換功能。
在“場效應(yīng)”即COMS元件中，VDD乃CMOS的漏極引腳，VSS乃CMOS的源極引腳， 這是元件引腳符號，它沒有“VCC”的名稱，你的問題包含3個(gè)符號，VCC / VDD /VSS， 這顯然是電路符號。
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