“ 地”的概念
Ⅰ、定義
作為電路或系統基準的等電位點(diǎn)或平面
Ⅱ、符號

Ⅲ、作用
不同種類(lèi)的接地作用各異
Ⅳ、關(guān)于“ 地”的思考
●理想地線(xiàn)應是一個(gè)零電位、零阻抗的物理實(shí)體
●實(shí)際的布線(xiàn)中,地線(xiàn)在 PCB 上,本身會(huì )有阻抗 成分,又有分布電容、電感構成的電抗成分;根據歐姆定律,有電流通過(guò)就會(huì )產(chǎn)生壓降
●地線(xiàn)跟源(電源、信號源)構成回路,此回路的 電場(chǎng)會(huì )感應出外部電磁場(chǎng)的 RF 電流,即常說(shuō) 的“噪聲”,從而引起 EMI 問(wèn)題
開(kāi)關(guān)電源中地的分類(lèi)
●交流地
●直流地
●模擬地
●數字地
●熱地
●冷地
●功率地
●信號地
●安全地
●屏蔽地
●系統地
●浮地
Ⅰ、交流地:
交流電的零線(xiàn),這種地通常是產(chǎn)生噪聲的 地,應與大地區別開(kāi)
Ⅱ、直流地
直流電路“地”,零電位參考點(diǎn)
Ⅲ、模擬地:
是各種模擬量信號的零電位
Ⅳ、數字地:
也叫邏輯地,是數字電路各種開(kāi)關(guān)量(數字量)信號的零電位
Ⅴ、熱地:
指變壓器初級地,跟電網(wǎng)不隔離 ,帶電
Ⅵ、冷地:
指變壓器次級地,跟電網(wǎng)隔離 ,不帶電
Ⅶ、功率地:
大電流網(wǎng)絡(luò )器件、功率電子與磁性器件的零電位參考點(diǎn)
Ⅷ、信號地:
一般指傳感變化信號的地線(xiàn)
Ⅸ、安全地:
提供大地接地點(diǎn)的回路,可防止觸電危險
Ⅹ、屏蔽地 :
為互聯(lián)的電纜與主要機架提供 0V 參考或電磁屏蔽,防止靜電感應和磁場(chǎng)感應
Ⅺ、系統地:
整個(gè)系統模擬、數字信號公共參考點(diǎn)
Ⅻ、浮地:
將電路中某條支路作為 0V 參考而不接地
接地的方式
●單點(diǎn)接地
●多點(diǎn)接地
●混合接地
●接地選取的原則
Ⅰ、單點(diǎn)接地
●指所有電路的地線(xiàn)接到公共地線(xiàn)的同一點(diǎn), 以減少地回路之間的相互干擾。
●可以防止不同子系統中的電流與 RF 電流,經(jīng) 過(guò)同樣的返回路徑,從而避免造成相互之間 的共模噪聲耦合。
●根據不同系統的特點(diǎn),可以選擇串聯(lián)單點(diǎn)接 地與并聯(lián)單點(diǎn)接地。
A、單點(diǎn)串聯(lián)接地:指所有的器件的地都連接到地總線(xiàn)上,然后通過(guò)總線(xiàn)連接到地匯接點(diǎn)

●存在著(zhù)相互的共阻抗干擾:

●優(yōu)點(diǎn):
分布傳輸的阻抗極小
布線(xiàn)簡(jiǎn)單,美觀(guān)
●缺點(diǎn):
不適合于高頻電路(f≥1MHz)
不適合于多個(gè)功率回路電路
各子系統之間存在著(zhù)共阻抗干擾
由于對地分布電容的影響,會(huì )產(chǎn)生并聯(lián) 諧振現象,大大增加地線(xiàn)的阻抗
B、單點(diǎn)并聯(lián)接地 :指所有的器件的地直接接到地匯接點(diǎn),不共用地總線(xiàn)

●優(yōu)點(diǎn):
可以防止系統內各模塊之間的共阻抗干擾
●缺點(diǎn):
不適合于高頻電路(f≥1MHz)
會(huì )受到并聯(lián)諧振的影響
由于各自的地線(xiàn)較長(cháng),地回路阻抗不同, 會(huì )加劇地噪聲的影響,引起 RF 問(wèn)題
Ⅱ、多點(diǎn)接地
指系統內各部分電路就近接地

●優(yōu)點(diǎn):
多根導線(xiàn)并聯(lián)能夠降低接地導體的總電感
能夠提供較低的接地阻抗
●缺點(diǎn) :
每根接地線(xiàn)的長(cháng)度小于信號波長(cháng)的 1/20
多點(diǎn)接地可能會(huì )導致設備內部形成許多接地 環(huán)路,從而降低設備對外界電磁場(chǎng)的抵御能力
不同的模塊、設備之間組網(wǎng)時(shí),地線(xiàn)回路容 易導致 EMI 問(wèn)題
Ⅲ、混合接地
●結合了單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的綜合應用,一 般是在單點(diǎn)接地的基礎上再通過(guò)一些電感或 電容多點(diǎn)接地,它是利用電感、電容器件在 不同頻率下有不同阻抗的特性,使地線(xiàn)系統 在不同的頻率下具有不同的接地結構,主要 適用于工作在混合頻率下的電路系統。
●要注意分清楚模擬電路的地與數字電路的 地,以及他們的最佳公共連接點(diǎn)
Ⅳ、接地的一般選取原則
●以最高頻率(對應波長(cháng)為λ)為考慮對象, 當傳輸線(xiàn)的長(cháng)度 L>λ,則視為高頻電路,反 之,則視為低頻電路。
(1)低頻電路(<1MHz),建議采用單點(diǎn)接地;
(2)高頻電路(>10MHz),建議采用多點(diǎn)接地;
(3)高、低頻混合電路,采用混合接地。
開(kāi)關(guān)電源實(shí)際布線(xiàn)過(guò)程中關(guān)于“地”的考慮
總則:
●根據實(shí)際應用,先分清楚地線(xiàn)的種類(lèi), 然后選擇不同的接地方式
●不論何種接地方式,都須遵守“低阻 抗,低噪聲”的原則
基本電路拓撲環(huán)路:



功率地線(xiàn):
功率地線(xiàn)由于有大電流流過(guò),如果處理不 當就會(huì )產(chǎn)生很大的干擾,不能帶重載,甚至 不能正常工作 .
失敗案例:
BUCK 線(xiàn)路,由 于使用大面積 的鋪地,導致 干擾太大,不 能帶重載。

成功案例:
1.2KW BOOST 線(xiàn)路

Layout 需要注意的問(wèn)題:
●不同的功率地線(xiàn)需要單獨走線(xiàn)
●盡量不要平行走線(xiàn)
●盡量減少環(huán)路面積
●必須遵循“短,粗,直”的原則;因功率 地線(xiàn)的 di/dt 較大,太長(cháng)的線(xiàn)天線(xiàn)效應明 顯;太細的線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生較大的壓降;彎曲 太多或 90 度的線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生反射效應

驅動(dòng)地線(xiàn)

驅動(dòng)源的地線(xiàn)要盡量靠近被驅動(dòng)器件,以便 構成最小環(huán)路,減少振蕩與 EMI 問(wèn)題。
Y 電容的接地點(diǎn):

●關(guān)于“源” 的概念
●“ 靜地”是源的低端
●Y 電容的連接點(diǎn),講究一個(gè)“靜”,很顯然上圖 Y 電容最佳連接點(diǎn)事 C1 的負端,以及變壓器 T1 的次級 7 腳。
散熱器接地:


散熱器處于地電位,有源器件處于射頻電位,故 散熱器工作時(shí)可以等效于一個(gè)大的共模去耦電 容,將 RF 電流接入地。
局部接地面的應用

局部接地面可以捕獲器件跟振蕩器內部產(chǎn)生的 RF 磁通量,在高頻電路中最常見(jiàn)。

總結
●要弄清楚“地”的概念與分類(lèi)
●根據地的種類(lèi)選用不同的接地方式
●實(shí)際布線(xiàn)要結合安規、EMC 的要求
●關(guān)鍵是要理解“地”在電源中的作用,布線(xiàn)時(shí)需要權衡利弊得失
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