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接地技术讨论和浅析

来源:admin ??发布时间:2018-11-15 10:31


接地技术讨论和浅析

 Q1:为什么要接地
  Answer:接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备(shèbèi)遭雷击而采取的保护性措施(指针对问题(Emerson)的解决办法),目的是把雷电产生的雷击电流通过又名防雷针引入到大地,从而起到保护建筑物(building)的作用。同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当其中一种原因引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障(fault)电流就会流经PE线到大地,从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统(system)中只考虑(consider)防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中,大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化,信号频率(frequency)越来越高,因此,在接地设计中,信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性(The stability of)。最近,高速信号的信号回流技术中也引入了“地”的概念。
  Q2:接地的定义
  Answer: 在现代接地概念中、对于线路工程师来说,该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’;对于系统(system)办公室装修设计师来说,它常常是机柜或机架;对电气工程师来说,它是绿色安全地线(别称:避雷线)或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流(Electron flow)返回其源的低阻抗通道”。注意(attention)要求是”低阻抗”和“通路”。
  Q3:常见的接地符号
  Answer: PE,PGND,FG-保护地或机壳;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)电源(电池)回流;GND-工作地;DGND-数字地;AGND-模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)地;LGND-防雷保护地
  Q4:合适的接地方式
  Answer: 接地有多种方式,有单点接地,多点接地以及混合类型的接地。高压直流发生器率先应用最新的PWM高频脉宽调制技术,闭环调整,采用了电压大反馈,使电压稳定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术,并根据电磁兼容性理论,采用特殊屏蔽、隔离和接地等措施。使直流高压发生器实现了高品质、便携式,并能承受额定电压放电而不损环。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说,单点接地用于简单电路,不同功能模块之间接地区分,以及低频(f10MHz)电路时就要采用多点接地了或者多层板(完整的地平面层)。
  Q5:信号回流和跨分割的先容
  Answer:对于一个电子信号来说,它需要寻找一条最低阻抗的电流(Electron flow)回流到地的途径,所以如何处理(chǔ lǐ)这个信号回流就变得非常的关键。直流发生器最新研究、设计、制造的新科技产品,适用于电力部门、厂矿企业动力部门、科研单位、铁路、化工、发电厂等对氧化锌避雷器、磁吹避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验,是新世纪最理想的换代产品。
  第一,根据公式可以知道,辐射强度是和回路面积成正比的,就是说回流需要走的路径越长,形成的环越大,它对外辐射的干扰也越大,所以,PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。
  第二,对于一个高速信号来说,提供有好的信号回流可以保证它的信号质量,这是因为PCB上传(Upload)输线的特性阻抗一般是以地层(或电源层)为参考来计算的,如果高速线附近有连续(Continuity)的地平面,这样这条线的阻抗就能保持连续,如果有段线附近没有了地参考,这样阻抗就会发生变化,不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。高压发生器精度高、测量准确。电压、电流表均为数字显示,电压分辨率为0.1kV,电流分辨率为0.1uA,控制箱上电压表直接显示加在负载试品上的电压值,使用时无需外加分压器,接线简单。仪器具有高、低压端测量泄漏电流,高压端采用圆形屏蔽数字表显示,不怕放电冲击,抗干扰性能好,适合现场使用。所以,布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层,或者高速线旁边并行走一两条地线,起到屏蔽和就近提供回流的功能。
  第三,为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割,这也是因为信号跨越了不同电源层后,它的回流途径就会很长了,容易受到干扰。当然,不是严格要求不能跨越电源分割,对于低速的信号是可以的,因为产生的干扰相比信号可以不予关心。对于高速信号就要认真检查,尽量不要跨越,可以通过调整电源部分的走线。(这是针对多层板多个电源供应情况说的)
  Q6:为什么要将模拟地和数字地分开,如何分开?
  Answer:模拟信号和数字信号都要回流到地,因为数字信号变化速度快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在共同,噪声就会影响(influence)到模拟信号。一般来说,模拟地和数字地要分开处理(chǔ lǐ),然后通过(tōng guò)细的走线连在一起,或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开,如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。
  Q7:单板上的信号如何接地?
  Answer:对于一般器件来说,就近接地是最好的,采用了拥有完整地平面的多层板设计后,对于一般信号的接地就非常容易了,基本原则是保证走线的连续性,减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面,等等。
  Q8:单板的接口器件如何接地?
  Answer:有些单板会有对外的输入输出接口,比如串口连接器,网口RJ45连接器等等,如果对它们的接地设计得不好也会影响(influence)到正常工作,例如网口互连有误码,丢包等,并且会成为对外的电磁干扰源,把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地,与信号地的连接采用细的走线连接,可以串上0欧姆(Ω)或者小阻值的电阻(resistance)。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音(分贝(dB))过到接口地上来。同样的,对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。
  Q9:带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?
  Answer:屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口(interface)地上而不是信号地上,这是因为信号地上有各种的噪声,如果屏蔽层接到了信号地上,噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰,所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净。

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