什么是接地？接地的分類介紹

概念

接地是指將一個電路、設(shè)備乃至分系統(tǒng)與一個基準(zhǔn)“地”電位連接的電氣要求，目的在于提供一個等電位點(diǎn)或等電位面。接地可以接真正的大地，也可以不接，例如飛機(jī)上的電子電氣設(shè)備接飛機(jī)機(jī)殼就是接地。

接地必須有接地導(dǎo)體和接地平面才能夠完成。

接地平面的含義是廣泛的，對于接大地的系統(tǒng)，大地就是接地平面；對于飛機(jī)，那么飛機(jī)的機(jī)殼就是接地平面；對于有金屬機(jī)殼的設(shè)備，金屬機(jī)殼也可被認(rèn)為是接地平面；PCB板上的地平面也是某種意義上的接地平面。

理想的接地平面是一個零電位、零阻抗的物理體，可以作為電路中所有信號的參考點(diǎn)，任何干擾信號通過都不會產(chǎn)生電壓降。

接地導(dǎo)體則是電路、設(shè)備或分系統(tǒng)的接地點(diǎn)與接地平面的連接體。對于接地導(dǎo)體有長寬比或截面積的要求。

接地的分類

對接地進(jìn)行分類主要是為了選擇接地導(dǎo)體及其連接方式。

根據(jù)接地電流的不同特性，將接地分為如下幾類：

接地的分類

EMI接地是為EMI電流提供一個受控通道。關(guān)鍵是在極寬的頻率范圍內(nèi)保持低阻抗。大電流容量并不是EMI接地的主要問題。

放雷接地是提供一條將雷電電流通到大地的受控通道。防雷接地的主要問題是同時維持低電阻和低電感并且提供充分的瞬態(tài)電流容量。

安全接地主要是為了保護(hù)人身安全。通常將設(shè)備的外殼金屬件直接接地，當(dāng)設(shè)備一旦出現(xiàn)故障時以確保故障電流流入大地。

電源接地的主要問題是維持低電阻并提供足夠的電流容量。大多數(shù)電源接地不要求低電感。

功能電路接地為信號提供一個返回通道。主要目的是限制任何接地通道上出現(xiàn)的多余的電壓降。兩個關(guān)鍵的策略是：在寬頻帶范圍內(nèi)減少接地阻抗或者限制通過預(yù)先確定的接地通道的接地電流。

按照接地方式又可以分為浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地

浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共地或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開來。這種接地方式的缺點(diǎn)是設(shè)備不與地直接相連，容易產(chǎn)生靜電積累，并最終發(fā)生具有強(qiáng)大放電電流的靜電擊穿現(xiàn)象。通常在設(shè)備與大地之間接進(jìn)一個阻值很大的電阻，以消除靜電積累。

單點(diǎn)接地是指在一個線路中，只有一個物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。它只適用于工作頻率范圍300kHz以下的低頻設(shè)備系統(tǒng)中。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，使接地引線的長度可以與λ/4(λ為工作波長）相比擬，此時接地引線就成為一個終端短路的傳輸線（反射系數(shù)為-1，終端發(fā)生全反射，且相位相反）；同時頻率升高使地線阻抗增大，增加了共阻抗耦合。

多點(diǎn)接地是指某一個系統(tǒng)中，各個接地點(diǎn)都接到距離它最近的接地平面上，以使接地引線長度最短。它是高頻信號電路唯一實(shí)用的接地方式。但是采用多點(diǎn)接地后，設(shè)備內(nèi)部就存在許多地線回路，此時提高接地系統(tǒng)的質(zhì)量十分重要。

混合接地就是單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的組合。適用的工作頻率范圍一般為500kHz~30MHz。

接地環(huán)路

接地環(huán)路包含兩個方面：

1.地線本身構(gòu)成的環(huán)路。封閉環(huán)在外界電磁場的作用下會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生電流，因地線上各點(diǎn)的電位都不相同，容易導(dǎo)致共阻抗干擾。在布置地線時，一定不能布置成封閉的環(huán)路，一定要留開口。

2.電路多點(diǎn)接地并且電路間有信號聯(lián)系時構(gòu)成的地環(huán)路，如下圖所示：

地環(huán)路的構(gòu)成（a）單根信號線的接地環(huán)路（b）雙信號的接地環(huán)路

如上圖所示，當(dāng)A、B之間存在電位差時，就會產(chǎn)生差模干擾（圖a）或由共模干擾轉(zhuǎn)化而來的差模干擾（圖b），從而影響電路的正常工作。電位差是很容易產(chǎn)生的，當(dāng)有外界強(qiáng)磁場時會產(chǎn)生感生電動勢；而當(dāng)來自其它電路的返回電流共享電路地線時，也會產(chǎn)生電位差。

抑制地環(huán)路干擾的方法是切斷地環(huán)路：

對于低頻低速電路，常用的措施有：隔離變壓器、共模扼流圈、光電耦合器

對于高頻高速電路，多點(diǎn)接地的方式必然會產(chǎn)生地環(huán)路，需采用接地平面降低地阻抗，以減少接地電壓。

接地設(shè)計的一般原則

1.模擬電路采用單點(diǎn)接地，以防止共阻抗干擾；

2.數(shù)字電路采用多點(diǎn)接地和接地平面，目的是通過強(qiáng)制方法降低接地路徑的阻抗；

3.單板上模擬電路的地與數(shù)字電路的地單點(diǎn)連接；

4.對于可能出現(xiàn)較大突變電流的電路，要有單獨(dú)的接地系統(tǒng)，或者單獨(dú)的接地回路，以減少對其他電路的瞬態(tài)耦合；

5.所有I/O接口的濾波、防護(hù)電路的地應(yīng)該是連接到系統(tǒng)的屏蔽體，并盡可能靠近I/O連接器；

6.系統(tǒng)內(nèi)部的獨(dú)立模塊，如電源盒、顯示模塊等，應(yīng)該安裝在系統(tǒng)的接地平面上，并與接地平面保持良好的搭接；

7.接地設(shè)計的一般方法是首先劃分系統(tǒng)內(nèi)部的地的種類，給出各自的要求；其次確定相互之間的連接關(guān)系和連接方式與要求；最后畫出系統(tǒng)的接地拓?fù)鋱D，逐一進(jìn)行分析與詳細(xì)設(shè)計。

審核編輯：劉清