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文檔簡介
1、單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地單點(diǎn)地要解決的問題就是針對“公共地阻抗耦合”和“低頻地環(huán)路”,多點(diǎn)地是針對“高頻所容易通過長地走線產(chǎn)生的共模干擾”.低頻電路中,信號(hào)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(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí),地線阻抗變得很大,此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1~10MHz時(shí),如果采用一點(diǎn)接地,其地線長度不應(yīng)超過波長
2、的120,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。數(shù)字地與模擬地之間單點(diǎn)接地,數(shù)字地之內(nèi)多點(diǎn)接。地線干擾與地線設(shè)計(jì)地線干擾與地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)是電磁兼容設(shè)計(jì)中大家都很注意,卻又不知道應(yīng)該怎樣去做的一個(gè)問題。了解了地線造成干擾問題的機(jī)理之后,在設(shè)計(jì)和實(shí)施地線時(shí)就有了一個(gè)明確的思路。本期從介紹地線造成干擾的原理入手,使讀者了解設(shè)計(jì)地線的關(guān)鍵和原則。1什么是地線?什么是地線?地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線,后者是為了保證電
3、路正確工作所設(shè)置的地線。造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地,因此這里僅討論信號(hào)地的問題。信號(hào)地的一般定義是:電路的電位參考點(diǎn)。更恰當(dāng)?shù)卣f,這個(gè)定義是我們設(shè)計(jì)電路時(shí)的一個(gè)假設(shè)。從這個(gè)定義是無法分析和理解一些地線干擾問題的。從現(xiàn)在開始,我們在分析電磁兼容問題時(shí),使用下面的定義。地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑。既然地線是電流的一個(gè)路徑,那么根據(jù)歐姆定律,地線上是有電壓的;既然地線上有電壓,說明地線不是一個(gè)等電位體。這樣,我們在設(shè)計(jì)電路時(shí),關(guān)
4、于地線電位一定的假設(shè)就不再成立,因此電路會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。這就是地線干擾的實(shí)質(zhì)。2地線的阻抗有多大?地線的阻抗有多大?一個(gè)難以理解的問題是,我們在設(shè)計(jì)地線時(shí),都使地線的電阻很小,那么地線上的電位差怎么會(huì)大到導(dǎo)致電路出錯(cuò)的程度。理解這個(gè)問題,要理解地線阻抗的組成。地線的阻抗Z由電阻部分和感抗部分兩部分組成,即:Z=RACjωL。電阻成分電阻成分:導(dǎo)體的電阻分為直流電阻RDC和交流電阻RAC。對于交流電流,由于趨膚效應(yīng),電流集中在導(dǎo)體的表面,
5、導(dǎo)致實(shí)際電流截面減小,電阻增加,直流電阻和交流電阻的關(guān)系如下:RAC=0.076rf12RDC式中:r=導(dǎo)線的半徑,單位cm,f=流過導(dǎo)線的電流頻率,單位Hz,RDC=導(dǎo)線的直流電阻,單位Ω。電感成分電感成分:任何導(dǎo)體都有內(nèi)電感(這區(qū)別于通常講的外電感,外電感是導(dǎo)體所包圍的面積的函數(shù)),內(nèi)電感與導(dǎo)體所包圍的面積無關(guān)。對于圓截面導(dǎo)體如下:L=0.2S[ln(4.5d)1](μH)式中S=導(dǎo)體長度(m),d=導(dǎo)體直徑(m)串聯(lián)單點(diǎn)接地容易產(chǎn)
6、生公共阻抗耦合的問題,解決的方法是采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。但是并聯(lián)單點(diǎn)接地往往由于地線過多,而沒有可實(shí)現(xiàn)性。因此,靈活的方案是,將電路按照信號(hào)特性分組,相互不會(huì)產(chǎn)生干擾的電路放在一組,一組內(nèi)的電路采用串聯(lián)單點(diǎn)接地,不同組的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。如圖4所示。這樣,既解決了公共阻抗耦合的問題,又避免了地線過多的問題。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?!敖拥亍钡母拍钍状螒?yīng)用在電話的設(shè)計(jì)開發(fā)中。從1881年初開始采用單根電纜為
7、信號(hào)通道,大地為公共回路。這就是第一個(gè)接地問題。但是用大地作為信號(hào)回路會(huì)導(dǎo)致地回路中的過量噪聲和大氣干擾。為了解決這個(gè)問題,增加了信號(hào)回路線?,F(xiàn)在存在的許多接地方法都是來源于過去成功的經(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?。由于只存?/p>
8、一個(gè)參考點(diǎn),因此可以相信沒有地回路存在,因而也就沒有干擾問題。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度小于信號(hào)波長的120。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)
9、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。對于直流,電容是開路的,電路是單點(diǎn)接地,對于射頻,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)的波長相比很大)時(shí),就存在通過機(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。在考慮接地問題時(shí),要考慮兩個(gè)方面的問題,一個(gè)是系統(tǒng)的自兼容問題,另一個(gè)是外部干擾耦合
10、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,因此解決起來往往更難。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。雷電放電接地僅對設(shè)施而言,設(shè)備沒有這個(gè)要求。
11、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、電路輻射電場或?qū)ν饨珉妶雒舾校仨氝M(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
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