接地方法及其消除接地阻抗

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1、接地方法及其消除接地阻抗序言在電子設(shè)備中,接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法。在設(shè)計(jì)中如能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來(lái)使用,即能解決大部分噪聲問(wèn)題,所以在電路設(shè)計(jì)中對(duì)接地方式必須加以充分的注意。從表面看,接地問(wèn)題似乎很簡(jiǎn)單,無(wú)須付出更多的精力,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,設(shè)備投入運(yùn)用以后,如不產(chǎn)生噪聲和干擾,這將對(duì)使用相維修兩方面都非常有利,從而節(jié)省了人力和物力。接地設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本目的:(1)消除各電路電流流經(jīng)一個(gè)公共地線(xiàn)阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓。(2)避免受磁場(chǎng)和地電位差的影響,即不使其形成地環(huán)路。如果接地方式處理得不好就會(huì)形成噪聲藕合

2、。一、接地的要求1.接地平面應(yīng)是零電位,它作為系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號(hào)的公共電位參考點(diǎn)。2.理想的接地平面應(yīng)是零電阻的實(shí)體,電流在接地平面中流過(guò)時(shí)應(yīng)沒(méi)有壓降,即各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差;或者說(shuō)各接地點(diǎn)間的電壓與線(xiàn)路中任何功能部分的電位比較均可忽略不計(jì)。3.—10—良好的接地平面與布線(xiàn)間將有大的分布電容,而平面本身的引線(xiàn)電感將很小。理論上它必須能吸收所有信號(hào),而是設(shè)備穩(wěn)定的工作,接地平面應(yīng)采用低阻抗材料制成,而且有足夠的長(zhǎng)度、寬度和厚度,以保證在所有頻率上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。用于安裝固定式裝備的接地平面應(yīng)由整體銅

3、板或銅網(wǎng)組成。1.理想的接地,要求盡量減低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓,同時(shí)還要盡量避免形成不必要的地回路。二、消除公共阻抗干擾消除公共阻抗干擾的主要途徑為減小公共地線(xiàn)的阻抗,主要有以下3種接地方式。1、單點(diǎn)接地每一個(gè)電路模塊都單獨(dú)接到一個(gè)單點(diǎn)地上。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)、并聯(lián)兩種,如圖1、2所示。圖1:串聯(lián)單點(diǎn)接地信號(hào)串聯(lián)單點(diǎn)接地方式的地回路干擾如圖1所示,導(dǎo)線(xiàn)本身有一定的阻抗。圖1中,為電路A的零電位參考點(diǎn)A的電位;為電路B的零電位參點(diǎn)B的電位;為電路C的零電位參考點(diǎn)C點(diǎn)的電位。由圖1可知:(1)(2)

4、(3)由式(1)、(2)、(3)可知:,與后面電路B和C的電流和有關(guān);與電路A和電路C的電流、以及電阻、有關(guān);與電路A、B的電流、和電阻、—10—有關(guān),它們的地電流相互影響而產(chǎn)生干擾。以上僅考慮地線(xiàn)連接的電阻,如考慮電感、、,則電路A、B、C之間的相互干擾就更復(fù)雜了。圖2:并聯(lián)單點(diǎn)接地并聯(lián)單點(diǎn)接地如圖2所示。在這種情況下,三個(gè)電路各自的參考電位分別為,,在不考慮它們之間互感的情況下,各電路的地電位只與本電路的地電流、地線(xiàn)阻抗有關(guān),而與其它電路無(wú)關(guān),地電流各自獨(dú)立、互不干擾,是一種常用的好方法。但這種方式需要很多根接地連線(xiàn)

5、,用起來(lái)比較笨重,在高頻時(shí),因?yàn)楦髀返鼐€(xiàn)電感之間的互感將造成噪聲的耦合。當(dāng)頻率升高時(shí),特別是當(dāng)?shù)鼐€(xiàn)長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),地線(xiàn)阻抗變得很高,這時(shí)地線(xiàn)就變成了天線(xiàn),可向外輻射信號(hào)。因此,這種接地法適用于數(shù)兆赫茲以下的電路。2、多點(diǎn)接地其基本形式有兩種:一種是將電路模塊通過(guò)許多小于0.1λ(λ為波長(zhǎng))的短線(xiàn)連接起來(lái);另一種是將子單元通過(guò)許多短線(xiàn)與機(jī)架或其他低阻抗導(dǎo)體連接。如圖3所示?!?0—圖3:用短線(xiàn)連接的多點(diǎn)接地圖4:通過(guò)機(jī)架構(gòu)成的多點(diǎn)接地 3、混合接地即既包含單點(diǎn)接地特性又包含多點(diǎn)接地特性的接地形式。例如系統(tǒng)內(nèi)的電源需要

6、單點(diǎn)接地,而高頻信號(hào)又要求多點(diǎn)接地,這時(shí)就可以采用圖5、6所示的混合接地。由于電容的通交隔直作用,對(duì)于直流電源,電容開(kāi)路為單點(diǎn)接地;對(duì)于高頻信號(hào),電容短路為多點(diǎn)接地。圖5:混合接地電容型—10—圖5所示的是低頻時(shí)單點(diǎn)接地,高頻時(shí)多點(diǎn)接地的接地系統(tǒng)。這種接地系統(tǒng)用在要抗高頻干擾的傳輸?shù)皖l信號(hào)的屏蔽電纜上,由于傳輸?shù)皖l信號(hào),需要單點(diǎn)接地,而在高頻時(shí),電纜是多點(diǎn)接地的。圖6:混合接地電感型圖6所示的接地系統(tǒng)是低頻時(shí)多點(diǎn)接地,而高頻時(shí)單點(diǎn)接地。這種接地系統(tǒng)用的不如圖5所示接地系統(tǒng)那么普遍,主要用在出于安全考慮,多個(gè)機(jī)箱要接到安全

7、地上而希望電路單點(diǎn)接地的場(chǎng)合。4、浮空接地針對(duì)地回路對(duì)放大器的影響。如圖7所示是通常的接地連接,它有二個(gè)接地點(diǎn):源地和放大器地,信號(hào)線(xiàn)用雙芯屏蔽電纜,圖7是實(shí)際連接,圖8和圖9則是它的等效電路和簡(jiǎn)化圖。圖7:基本接地接線(xiàn)圖—10—圖8:等效電路圖9:等效電路簡(jiǎn)化圖圖中為電纜電阻,為屏蔽層電阻,為放大器輸入阻抗,為地電阻,是原電阻與放大器地之間的電位差所造成的共模源(噪聲源)。如果,則噪聲為:現(xiàn)舉例說(shuō)明,設(shè),,,。這樣大的加到放大器的輸入端是不可想象的。在這種情況下就應(yīng)該考慮浮空接地的辦法,如圖10所示。在源地處加一電阻,

8、將地回路的電流通過(guò)減少,若有:則若,即完全斷開(kāi)源地,則。若,則。因此浮空接地法將減小干擾達(dá)120dB?!?0—圖10:浮空接地示意圖通過(guò)以上討論,我們可以得到以上這樣的實(shí)踐啟示以減小。第一,源和前置放大器應(yīng)在同一點(diǎn)接地,使;第二,用短線(xiàn)或金屬板連接框架,使;第三,信號(hào)源對(duì)地浮空,使;第四,放大器用電池供電或在放大器地

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