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地的分割与汇接:

接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC性能的重要手段之一。正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力,又能减少产品对外的EMI发射。

接地的含义:

电子设备的“地”通常有两种含义:一种是“大地”(安全地),另一种是“系统基准地”(信号地)。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准,并以大地作为零电位,把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。

把接地平面与大地连接,往往是出于以下考虑:

A、提高设备电路系统工作的稳定性;
B、静电泄放;
C、为工作人员提供安全保障。

接地的目的:

A、安全考虑,即保护接地;
B、为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地);
C、屏蔽接地。

基本的接地方式:电子设备中有三种基本的接地 方式:单点接地、多点接地、浮地。

PCB工程师注意:

单点接地:

单点接地是整个系统中,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都连接到这一点上。

单点接地适用于频率较低的电路中(1MHz以下)。若系统的工作频率很高,以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时,单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线变成了辐射天线,而不能起到“地”的作用。

为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的PCB,由于其含有丰富的高次谐波,一般不建议采用单点接地方式。

多点接地:

多点接地是指设备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最短。

多点接地电路结构简单,接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少,适用于工作频率较高的(>>10MHz)场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下,要注意地环路问题,尤其是不同的模块、设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰:

理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量,当有电流通过该地线时,就要产生电压降。地线会与其他连线(信号、电源线等)构成回路,当时变电磁场耦合到该回路时,就在地回路中产生感应电动势,并由地回路耦合到负载,构成潜在的EMI威胁。

浮地:

浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。

由于浮地自身的一些弱点,不太适合一般的大系统中,其接地方式很少采用

关于接地方式的一般选取原则:

对于给定的设备或系统,在所关心的最高频率(对应波长为)λ上,当传输线的长度L〉λ,则视为高频电路,反之,则视为低频电路。根据经验法则,对于低于1MHz的电路,采用单点接地较好;对于高于10MHz,则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言,只要最长传输线的长度L小于/20 λ,则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。

对于接地的一般选取原则如下:

(1)低频电路(<<1MHz),建议采用单点接地;
(2)高频电路(>>10MHz),建议采用多点接地;
(3)高低频混合电路,混合接地。