第四章接地搭接技术

信号回路接地（机能地）如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。

把大地作为组成回路一部分的机能接地例子，是电气防腐蚀回路(图1．7)。另外，被期待作为21世纪输电方式的直流输电系统(图1．8)中有采用大地归路的计划，因此机能接地成为必要。屏蔽接地（输入信号电缆的屏蔽层的接地、电磁屏蔽格栅接地等）

线路滤波器接地、SPD接地电子装置的电源的输入部位接入线路过滤器(图1．11)。这个线路过滤器是为了不让通入电源线的无用的噪音进人电子装置。把电源的各线与大地间接入电容器，噪音就导入大地。3)防雷接地(4)防静电接地！！！这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求，并不表示每种“地”都需要独立开来。相反，除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外，应尽量采用联合接地的方案。图1.12油罐车和静电用接地随着电子技术的快速发展，功能强大价值昂贵的设备广泛使用，要求提供更加可靠的接地保护；此外，微电子技术的推广，使得现代设备要求更低的接地电阻和正确的引线方式，以达到电磁兼容（EMC）的目的。在各种系统中，一个设计良好的接地系统对获得ＥＭＣ是至关重要的。

当意外的电压和电流影响设备性能时，称之为存在电磁干扰（EMI），这些电压和电流可以通过传导或电磁场辐射传到受害的设备。电磁干扰包括系统内部的干扰和系统之间的干扰

接地面与大地连接的三种原因：(1)为使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路，达到系统稳定工作的目的。(2)为使系统的屏敞接地，取得良好的电磁屏蔽效果。达到抑制电磁干扰的目的。(3)为了防止雷击危及系统和人体，防止静电电荷积累引起火花放电，以及防止高电压与外壳相接引起的危险。因此，接地可以分为安全接地和信号接地两类信号接地的三种基本概念：浮地、单点接地和多点接地。浮地浮地指的是接地面不与大地直接相连。浮地的目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线电隔离开来。在低频时，各级电路的电位差被隔离，同时可以忽略接地面和电路的分布电容的条件下，常用浮地接地法。缺点是设备不与大地直接相连，容易出现静电积累现象，这样积累起来的电荷达到一定程度后，在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的静电击穿现象，这种放电现象是一种破坏性很大的强干扰源。为此提出了一种折衷的办法，就是在采用浮地的设备与大地之间，接进一个电阻位很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响。单点接地

单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点部直接接到这一点上。如果系统包含多个机柜，则每个机柜的地是独立的，而在每个机柜内部，对于每个接地系统则是采用单点接地的方式。然后，把整个系统中的各个机柜地连接到一个唯一的参考点上。接地连线的长度远小于电路工作波时，可采用本系统。这种接地方法，地线连线长而多，在高频时，地线电感较大，由此而增加地线间的电感耦合，引起电磁干扰，所以高频时不用这种系统。单点接地123123串联单点接地优点：简单缺点：公共阻抗耦合并联单点接地优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3多点接地如果系统的工作频率很高，以致工作波长λ

＝C／f缩小到与系统的接地平面的尺寸或接地引线的长度可以比拟时，就不能再用单点接地方式了。因为，当地线的长度接近于λ／4时，它更象一根终端短路的传输线，而不能起着“地”的作用。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度为最短。这里说的接地平面，可以是设备的底板也可以是贯通整个系统的接地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。多点接地的每个设备、装置、电路中的干扰电流就只能在本身中循环，而不会耦合到其他地方。尤其是在低电平的输入级中。多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3混合接地在有些设备中，即有高频电路又有低频电路，可采用混合接地，高频电路、中频电路部分用多点接地，低频部分用单点接地。(图见书上pp109)地线干扰地环路问题与解决方法公共阻抗耦合问题与解决方法各种接地方法地线引发干扰问题的原因V=IR地线电压地线是等电位的假设不成立电流走最小阻抗路径我们并不知道地电流的确切路径地电流失去控制地线电位示意图2mV

200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV地线问题－地环路IGVGVN地环路I1I2隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL光隔离器发送发送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL地线问题－公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V~~~改进1改进2正确的接地连接线

接地线的阻抗取决于导体的尺寸、引线长度和布线技术等因素，正确的接地线可以使电路满意地工作。选接地线时应考虑下列几个因素：

(1)辐射频率提高引起的集肤效应。(2)工作频率提高时引起感抗的增加。(3)每根导线有固定的电感和电容。(4)通过电流的导线在其周围产生磁场和电场。(5)导线的电感和电容与电路的电感和电容谐振。电源的接地为了尽量减少供电电源母线上的负载感生噪声，电源的一端必须很好地接地。其中Zs为电源的内阻,Zb为电源母线的阻抗，Zg是电源的接地阻抗。开关S使负载ZL2间隙地与电源母线相接电源去耦电路实用上，常常把向重负荷电路供电的电源线和回线，与向信号电路供电的电源线和回线分离开来，达到削弱耦合的目的。或者说，只要事先对各种负载进行合理的分类，就可以让多组电路共用一个电源。至于敏感性较高的电路，则必须采取隔离措施，甚至还需单独为它提供一个电源。不过，更常用的方法是在供电电路中接入去耦电路。电源线布置的注意事项必须同时工作的电路(如同步数字系统中的各种电路)应分开放置，以尽量减少它们之间的辐射耦合。对于开关电路，它们的整个电源线束应整个地屏蔽起来，而且使屏蔽线的两端同时接地。

通过较大交流电流的引线，应绞合在一起，并使它们尽可能的远离敏感线。直流电源线的馈线与回线也应绞合起来，以防止它们接收并且重新辐射外来的射频能量(对低阻抗电源线进行屏蔽，通常收效不大)。直流电源线还应该远离交流馈电线和各种控制线。电源线的回线与其它电路的回线不应该共用一条导线。

专用一根导线作为电源回线的优点是可以提供一个比较完善的单点接地，而不构成复杂的接地环路。电缆屏蔽层的接地对于采用单点接地的屏蔽线，如果其长度接近于λ／4，就应改用多点接地(象其它导线一样，屏蔽层也可以起天线的作用)。采用多点接地时，如果不能做到每隔0.05λ至0.1λ有一个接地点，那么至少应把屏蔽层的两个端点接地。多点屏蔽的另一个优点是可以减少屏蔽层的静电耦合。屏蔽电场0V电缆长度</20，单点接地电缆长度>/20，多点接地磁场对电缆的干扰VNVN＝(d

/dt)=A(dB/dt)磁通

回路面积A感应电压当面积一定时屏蔽电缆减小磁场影响VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能屏蔽磁场电缆屏蔽层的处理应将电缆屏蔽层剥开后，沿着连接器外壳的四周，在360°方向上完好地接地，要尽量避免将屏蔽层剥开后梳成辫形，然后进行接地的方法。高输入或高输出阻抗电路，尤其是在高静电环境中，可能还需要用双层屏蔽或三层屏蔽的电缆。这时，内屏蔽层可以在信源端接地，外屏蔽层则在负载端接地。接地设计准则（小结）●电路尺寸小于0.05λ时，可采用单点接地；大于0.15λ时，可采用多点接地，电路尺寸介乎0.05λ和0.15λ之间的则应根据接地线的实际位置以及被接地电路的传导发射和传导敏感度容限决定接地方式。对于那些工作频率范围很宽的电路，还要采用混合接地。●出现地线环路问题时，可采用浮地隔离技术(例如，使用变压器)。●所有接地线应尽可能短。●所设计的接地参考平面应具有较高的电导率，●确保接地联接装置能够应付意外的故障电流，在有室外终端接地时，能够应付雷电电流的冲击。●对于信号回线、信号屏蔽层回线、电源系统回线以及底板或机壳都要有单独的电路接地系统，然后可以将这些回线接到一个地参考点上。●对于那些将出现较大突变电流的电路要有单独的接地系统，或者有单独的接地回线，以减小对其它电路的瞬态藕合。●低电平电路的接地线要与所有其它接地线隔离开来。●在信号线与电源线必须交叉的地方要使导线