電路接地的分類和形式分析

1、接地的分類接地按其作用可以分為兩類：①保護人員和設備不受損害叫保護接地；②保障設備的正常運行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設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。
1.1、保護接地
1.1.1 防雷接地

防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）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。
1.1.2 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電連接，以保護設備和人身安全。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，保護接地還可以防止靜電的積聚。
1.2、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的接地。
1.2.1 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，會導致信噪比下降；信號的測量值產生誤差或者錯誤，可能導致系統(tǒng)設計的失敗。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。 1.2.2 模擬地 模擬地（AG）是系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準地線。由于模擬電路既承擔小信號的處理，又承擔大信號的功率處理；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，又可能產生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設更要充分考慮。減小地線的導線電阻，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。

1.2.3 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)中產生比較大的毛刺，易對模擬電路產生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。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.1.2.4 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干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接，易產生靜電積累而導致靜電放電，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，在這里設計的時候需要注意信號的連接方式。
1.2.5 電源地

電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準地線。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。

1.2.6 功率地

功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅動電路的電流較強、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置、分別布線，以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

2、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，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1MHz~10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1-20，否則應采用多點接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖所示幾種接地方式。
2.1 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)中的一個結構點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產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生干擾，信號地線應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）。 為防止工頻和其他雜散電流在信號地線上產生干擾，信號地線應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）。 2.2 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。此處電路板最好設計為多層電路（4層以上），提供一層作為地平面。2.3 混合接地

工作頻率介于1MHz~10MHz的電路采用混合接地式。當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行合理的安排。

2.4 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)。懸浮接地應注意以下幾點： （1）盡量提高浮地系統(tǒng)的對地絕緣電阻，從而有利于降低進入浮地系統(tǒng)中的共模干擾電流，保證系統(tǒng)的可靠性。 （2）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，在設計時一定要注意。 （3）懸浮接地技術必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術相互結合應用，才能收到更好的預期效果。 （4）采用浮地技術時，系統(tǒng)容易積累靜電，當靜電積累到一定應程度后，可以對人和設備產生很多的損害，所以要注意靜電和電壓反擊對設備和人身的危害。