第一部分、基本電源和地線的基本設(shè)計(jì)原則
地線和電源線的噪聲理想的地線電阻為零,但現(xiàn)實(shí)中地線總是有一定的阻抗的。尤其是高頻信號(hào)時(shí),地線的阻抗變化會(huì)增大,因而產(chǎn)生噪聲。同樣的問(wèn)題對(duì)電源線也一樣。當(dāng)?shù)鼐€噪聲嚴(yán)重的時(shí)候,電源噪聲一般也很嚴(yán)重。(1)使地線的電位穩(wěn)定。(2 )為了安全。地線和箱體接地的目的是什么?尤其有高電壓(數(shù)十伏以上)的電路時(shí),屏蔽箱體必須接地。否則,一旦發(fā)生漏電,人接觸時(shí)會(huì)觸電。 導(dǎo)線的高頻阻抗導(dǎo)線越粗電阻越小,但如果長(zhǎng)度太長(zhǎng)的話,由于電感效果而使得阻抗也會(huì)增加電感效果而產(chǎn)生的阻抗。電感效果而產(chǎn)生的阻抗尤其地線出現(xiàn)環(huán)路時(shí),地線的電感會(huì)大幅增加,阻抗也會(huì)大幅增加,同時(shí)也會(huì)成為環(huán)狀天線。地線是較長(zhǎng)直線時(shí),也會(huì)成為天線。尤其地線出現(xiàn)環(huán)路時(shí),地線的電感會(huì)大幅增加,阻抗也會(huì)大幅增加,同時(shí)也會(huì)成為環(huán)狀天線。地線是較長(zhǎng)直線時(shí),也會(huì)成為天線。因此,地線應(yīng)盡量“短、粗、直”。





原則三:空的地方盡可能地布成地或穩(wěn)定的電源
右邊為非走線區(qū)域GND覆銅,有明顯改善。
第二部分、AC電源的設(shè)計(jì)要求
AC電源線是個(gè)非常大的噪聲源!因?yàn)椋?/span>1、AC電源線連接著很多儀器設(shè)備,互為噪聲源(開關(guān)電涌,電流變化噪聲等)2、AC電源線本身是個(gè)大天線,收噪聲發(fā)噪聲。3、AC交流頻率本身也會(huì)成為噪聲。 日本AC電源的品質(zhì):紅:最高電壓;綠:平均電壓;黑:最低電壓;紫:頻率X2Hz。












第三部分、直流電源和地
廣義的直流電源有兩種:線性電源:—簡(jiǎn)單但效率低;開關(guān)DC電源:效率高但噪聲大。儀器中電路板較多時(shí),每塊電路板分別使用DC電平轉(zhuǎn)換對(duì)抑制各板間噪聲的相互影響有好處





第四部分、儀器箱體和布線
電磁騷擾傳播或耦合,通常分為兩大類:即傳導(dǎo)騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過(guò)導(dǎo)體傳播的電磁騷擾,叫傳導(dǎo)騷擾;通過(guò)空間傳播的電磁騷擾,叫輻射騷擾。
上圖傳染病的模型非常近似:






第四部分、接地問(wèn)題的本質(zhì)
為了更好的明了接地的技巧方法,下面將不再講究任何的文字技巧,而是一針見(jiàn)血的道出接地問(wèn)題的本質(zhì)來(lái)。 接地方式←接地目的←接地的功能,所以采取哪種接地方式,要看地是哪類地,這類地的作用目的是什么,這兩個(gè)問(wèn)題解決了,接地方式則可水到渠成。接地的目的決定了接地方式。同樣的電路,不同的目的,可能都要采取不同的接地方式。這個(gè)觀點(diǎn)一定記住。比如同樣的電路,用在便攜設(shè)備上,靜電累積泄放不掉,接地的目的是地電位均衡;用在不可移動(dòng)的設(shè)備上,一般會(huì)有安全接地措施,對(duì)靜電泄放的接地目的是導(dǎo)通阻抗足夠低,尤其是對(duì)于尖峰脈沖的高頻導(dǎo)通阻抗。 1、 從性能分,接地分成四類:安全接地、工作接地(數(shù)字地、模擬地、功率器件地)、防浪涌接地(雷擊浪涌、上電浪涌)、防靜電接地。前文書中講過(guò),“接地的目的決定了接地方式”,目的即指其實(shí)現(xiàn)的功能。基本上所有的接地都可以歸結(jié)到這四類里面來(lái)。每個(gè)接地前都要先明確該接地屬于哪一種。 2、 接地追求的目標(biāo)是地阻抗低、地穩(wěn)定、地均衡。地阻抗低很好理解,用粗的線纜即可,但有一個(gè)問(wèn)題一定不能忽視,比如我通過(guò)一個(gè)大電感接地了,如果地線上跑的地電流的波動(dòng)頻率是0.00000001Hz,這個(gè)大電感的感性效應(yīng)表現(xiàn)得就很不明顯,等同于直接接地了,但如果波動(dòng)電流是1000000Hz的話,感抗=j ω L=j 2 π f L,就顯得很大了,這種情況下,相當(dāng)于高頻接地很差。各位看官可能會(huì)說(shuō)了,你胡來(lái)吧你,誰(shuí)會(huì)用個(gè)大電感接地呢,第一是在某種狀態(tài)下會(huì)有這種方式的,第二是即使不這樣接個(gè)電感,普通電纜的走線電感在高頻下也是不容忽視的。總結(jié)為一句話,低頻接地 ≠ 高頻接地。即低阻抗的接地要分析是屬于高頻還是低頻的接地。地穩(wěn)定是比較好理解的,一般來(lái)說(shuō),接地阻抗足夠低的話,地電流瀉放容易,且不會(huì)在底線上產(chǎn)生啥子壓降,就如一個(gè)超大的電容,電荷的海洋,具有無(wú)限寬廣的胸懷,多少進(jìn)來(lái)都波瀾不驚。地均衡比較容易被忽視,對(duì)于一個(gè)信號(hào)來(lái)說(shuō),有用部分是兩條線上的壓差,如果地線漂移了,兩條線上對(duì)地線的壓差同等的上升或下降,即差模電壓值維持不變,共模電壓發(fā)生變化,其實(shí)電路功能是照常實(shí)現(xiàn)的。就像水漲船高,您比我高3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。這種情況在靜電防護(hù)的時(shí)候常用到,一個(gè)靜電脈沖通過(guò)空氣打到電路板上,針對(duì)局部的電路,距離遠(yuǎn)近的不同,肯定會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生靜電感應(yīng)的壓差。這時(shí)候用一塊金屬板隔一下的話,即使該金屬板浮空,對(duì)金屬板后面的電路板來(lái)說(shuō),感應(yīng)的將是均勻的電場(chǎng),雖然感應(yīng)干擾仍然存在,但起碼電路上是基本均衡的。當(dāng)然如果此金屬板接地更好啦。當(dāng)然共模電壓一般不會(huì)維持住,因?yàn)閭鬏斁€的阻抗不均勻,往往會(huì)轉(zhuǎn)成差模電壓干擾,地均衡的問(wèn)題最好不要讓我們面對(duì),但沒(méi)辦法的時(shí)候,如浮地設(shè)備,不得不受到靜電沖擊的電路板,防護(hù)時(shí)候要考慮地均衡問(wèn)題。 3、 共地阻抗耦合干擾共地阻抗耦合干擾是接地里面每天都要面對(duì)的核心問(wèn)題,并且?guī)缀跆颖懿婚_。就像電影院里散場(chǎng)的時(shí)候,你從最里頭的一號(hào)廳出來(lái),沒(méi)幾個(gè)人,走來(lái)很通暢,突然二號(hào)廳也散場(chǎng)了,一下子通道就擁擠了,再繼續(xù)前行,壞了,三號(hào)廳正在放觀眾入場(chǎng),一下子,人流就波動(dòng)起來(lái)了。這和共地阻抗是一個(gè)原理,通道相當(dāng)于地線,人相當(dāng)于電流。如果一、二、三號(hào)廳流動(dòng)的人差不多,相互之間影響不太大,但如果3號(hào)廳是大廳,人員是一、二號(hào)廳的好多倍,那進(jìn)出三號(hào)廳的人員將會(huì)對(duì)一、二號(hào)廳人員流動(dòng)速度的影響很大。一、二、三號(hào)艇的客人都要走過(guò)的這段路就成了共地阻抗。 以下圖為例,圖1中,RAB段的電阻就是共地阻抗部分,流過(guò)這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會(huì)相互影響;如果這三個(gè)電流差別較大,差出了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的話,相互之間的影響就不可以忽視了,尤其是某個(gè)弱地電流支路是用于定量測(cè)量、放大或AD轉(zhuǎn)換電路的時(shí)候;圖2則把Id對(duì)另外兩個(gè)之路的影響隔離掉了;圖3則是三個(gè)地電流全部分別隔離了。

接地這個(gè)問(wèn)題與我們的關(guān)系,最熟悉又最陌生,最簡(jiǎn)單又最復(fù)雜,最易上路又最難達(dá)到終點(diǎn)。希望通過(guò)粗淺的總結(jié),為我們浮在云里霧端的接地設(shè)計(jì)提供一個(gè)落地的云梯,使接地的設(shè)計(jì)真正能接到地氣上來(lái)。
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原文標(biāo)題:淺析地線和電源線,說(shuō)說(shuō)接地問(wèn)題的本質(zhì)
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