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接地技術(shù)

接地從字面來(lái)看上十分簡(jiǎn)單事情，但是對(duì)于經(jīng)歷過(guò)電磁干擾挫折的人來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)最難掌握的技術(shù)。實(shí)際上在電磁兼容設(shè)計(jì)中，接地是最難的技術(shù)。面對(duì)一個(gè)系統(tǒng)，沒(méi)有一個(gè)人能夠提出一個(gè)絕對(duì)正確的接地方案，多少會(huì)遺留一些問(wèn)題。造成這種情況的原因是接地沒(méi)有一個(gè)很系統(tǒng)的理論或模型，人們?cè)诳紤]接地時(shí)只能依靠他過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)或從書(shū)上看到的經(jīng)驗(yàn)。但接地是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，在其它場(chǎng)合很好的方案在這里不一定最好。關(guān)于接地設(shè)計(jì)在很大程度上依賴設(shè)計(jì)師的直覺(jué)，也就是他對(duì)“接地”這個(gè)概念的理解程度和經(jīng)驗(yàn)。因此，我們將不斷地為大家有關(guān)接地方面的文章，使大家循序漸進(jìn)地形成對(duì)接地的直覺(jué)。

１接地的方法

　　接地的方法很多，具體使用那一種方法取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。“接地”的概念首次應(yīng)用在電話的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。從1881年初開(kāi)始采用單根電纜為信號(hào)通道，大地為公共回路。這就是第一個(gè)接地問(wèn)題。但是用大地作為信號(hào)回路會(huì)導(dǎo)致地回路中的過(guò)量噪聲和大氣干擾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，增加了信號(hào)回路線。現(xiàn)在存在的許多接地方法都是來(lái)源于過(guò)去成功的經(jīng)驗(yàn)，這些方法包括：

　　1) 單點(diǎn)接地：如圖1所示，單點(diǎn)接地是為許多在一起的電路提供公共電位參考點(diǎn)的方法，這樣信號(hào)就可以在不同的電路之間傳輸。若沒(méi)有公共參考點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)傳輸。單點(diǎn)接地要求每個(gè)電路只接地一次，并且接在同一點(diǎn)。該點(diǎn)常常一地球?yàn)閰⒖肌Ｓ捎谥淮嬖谝粋�(gè)參考點(diǎn)，因此可以相信沒(méi)有地回路存在，因而也就沒(méi)有干擾問(wèn)題。

　　2) 多點(diǎn)接地：如圖2所示，從圖中可以看出，設(shè)備內(nèi)電路都以機(jī)殼為參考點(diǎn)，而各個(gè)設(shè)備的機(jī)殼又都以地為參考點(diǎn)。這種接地結(jié)構(gòu)能夠提供較低的接地阻抗，這是因?yàn)槎帱c(diǎn)接地時(shí)，每條地線可以很短；并且多根導(dǎo)線并聯(lián)能夠降低接地導(dǎo)體的總電感。在高頻電路中必須使用多點(diǎn)接地，并且要求每根接地線的長(zhǎng)度小于信號(hào)波長(zhǎng)的1/20。

　　3) 混合接地：混合接地既包含了單點(diǎn)接地的特性，又包含了多點(diǎn)接地的特性。例如，系統(tǒng)內(nèi)的電源需要單點(diǎn)接地，而射頻信號(hào)又要求多點(diǎn)接地，這時(shí)就可以采用圖3所示的混合接地。對(duì)于直流，電容是開(kāi)路的，電路是單點(diǎn)接地，對(duì)于射頻，電容是導(dǎo)通的，電路是多點(diǎn)接地。

　　當(dāng)許多相互連接的設(shè)備體積很大（設(shè)備的物理尺寸和連接電纜與任何存在的干擾信號(hào)的波長(zhǎng)相比很大）時(shí)，就存在通過(guò)機(jī)殼和電纜的作用產(chǎn)生干擾的可能性。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，干擾電流的路徑通常存在于系統(tǒng)的地回路中。　　在考慮接地問(wèn)題時(shí)，要考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是系統(tǒng)的自兼容問(wèn)題，另一個(gè)是外部干擾耦合進(jìn)地回路，導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤工作。由于外部干擾常常是隨機(jī)的，因此解決起來(lái)往往更難。

２接地要求

　　要求接地的理由很多，下面列出幾種：　　1) 安全接地：使用交流電的設(shè)備必須通過(guò)黃綠色安全地線接地，否則當(dāng)設(shè)備內(nèi)的電源與機(jī)殼之間的絕緣電阻變小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電擊傷害。
　　2) 雷電接地：設(shè)施的雷電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，由避雷針、下導(dǎo)體和與接地系統(tǒng)相連的接頭組成。該接地系統(tǒng)通常與用做電源參考地及黃綠色安全地線的接地是共用的。雷電放電接地僅對(duì)設(shè)施而言，設(shè)備沒(méi)有這個(gè)要求。
　　3) 電磁兼容接地：出于電磁兼容設(shè)計(jì)而要求的接地，包括：
　　　　* 屏蔽接地：為了防止電路之間由于寄生電容存在產(chǎn)生相互干擾、電路輻射電場(chǎng)或?qū)ν饨珉妶?chǎng)敏感，必須進(jìn)行必要的隔離和屏蔽，這些隔離和屏蔽的金屬必須接地。
　　　　* 濾波器接地：濾波器中一般都包含信號(hào)線或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時(shí)，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路的作用。
　　　　* 噪聲和干擾抑制：對(duì)內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上的許多點(diǎn)與地相連，從而為干擾信號(hào)提供“最低阻抗”通道。
　　　　* 電路參考：電路之間信號(hào)要正確傳輸，必須有一個(gè)公共電位參考點(diǎn)，這個(gè)公共電位參考點(diǎn)就是地。因此所有互相連接的電路必須接地。
　　以上所有理由形成了接地的綜合要求。但是，一般在設(shè)計(jì)要求時(shí)僅明確安全和雷電防護(hù)接地的要求，其它均隱含在用戶對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的電磁兼容要求中。

３接地技術(shù)應(yīng)用

　　目前所應(yīng)用的接地技術(shù)和方法可以說(shuō)是過(guò)去解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。典型的接地要求往往限制在所謂的“單點(diǎn)接地”上。　　通常在電路這一級(jí)上不專門提出對(duì)接地的具體要求，因?yàn)樵谶@一層次上提出具體要求是不合適的。對(duì)數(shù)字電路而言，大多數(shù)邏輯芯片讀采用單端電路的方式工作。也就是說(shuō)，所有信號(hào)的電位以電源回路為參考的話，其電位是0V。在模擬電路中，情況也類似。當(dāng)元器件之間的距離很近時(shí)，要完成邏輯信號(hào)的產(chǎn)生、處理和波形整形是很容易的，但如果傳輸線過(guò)長(zhǎng)或者參考點(diǎn)電位不正確的話，都會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。我們要建立這樣的概念：接地并不是每個(gè)部分或每個(gè)系統(tǒng)都需要的，比如單塊的線路板并不非要接地才能正常工作。當(dāng)設(shè)備之間要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，接地就是十分必要的了。圖4給出了一些地線的概念