首页 理论教育 信号接地与电路保护相关的多样化连接方式

信号接地与电路保护相关的多样化连接方式

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:信号接地是为系统内部各种电路设置公共参考电位点。信号接地的连接对象是种类繁多的电路,接地的形式也是多样的。四类法是将所有电路按信号特性分成四类,分别接地,形成四个独立接地系统。为了防止发生人身触电事故、雷击事故、外界电磁场的干扰以及摩擦产生静电等,必须将机壳等接地。图4-20表示3个单元电路的单点接地方式。

信号接地与电路保护相关的多样化连接方式

信号接地是为系统内部各种电路设置公共参考电位点。主要目的是为了抑制电磁干扰,它和安全接地采用低阻抗导体必须与大地连接的形式是不同的。信号接地的连接对象是种类繁多的电路,接地的形式也是多样的。

在复杂的大系统中,既有高频信号,又有低频信号;既有频繁开关动作的设备,又有极为敏感的弱信号。仅将电路按需设计接地方式是不能满足电子设备防干扰要求,还必须采用分门别类的方法将不同类型的信号电路分成若干类别,以同类电路构成接地系统。四类法是将所有电路按信号特性分成四类,分别接地,形成四个独立接地系统。

第一类是敏感信号和小信号接地,包括低电平电路、弱信号检测电路、传感器输入电路、前级放大电路和混频器等。由于这些电路工作电平低,信号幅度弱小,特别容易失效或降级,因此它们的地线应避免混杂于其他电路中。

第二类是不敏感信号和大信号电路的地线系统,它包括高电平电路、末级放大器和大功率电路等。因为在这些电路中工作电流都比较大,地线系统中的电流亦比较大,因此必须和小信号电路的地线分开设置,否则通过地线的耦合作用必然对小信号电路造成干扰,使电路不能正常工作。

第三类是干扰源设备的接地系统,它包括电动机电器和接触器等。由于这类元件在工作时产生火花或冲击电流等,往往对电子电路产生严重干扰,除了要采取屏蔽隔离技术外,地线必须和电路分开设置。

第四类是金属构件接地,它包括机壳、底板、机门和面板等。为了防止发生人身触电事故、雷击事故、外界电磁场的干扰以及摩擦产生静电等,必须将机壳等接地。

在工程中,按电路性质分类接地的措施还包括数字信号接地和模拟信号接地分别设置、交流电源接地和直流电源接地分开措施,它们都是抑制干扰的有效方法。

在同一类电路中,有一个共同分开等接地导线系统(或接地面),根据各种电路接地的连接方式不同,信号接地通常又可分为四种方式:

(1)单点接地方式

单点接地只有一个接地点,所有单元电路的接地线都连接到一个点上,这个点作为参考

电位点。图4-20表示3个单元电路

的单点接地方式。但实际上接地的3

条连接导线会有两种布线方案:3条

线各自引向接地点和3条线串联后

连向接地点。不管怎样布线,导线

上均有一定电阻,分析这些电阻的

影响,会有两种可能的实际等效电路。

978-7-111-42346-1-Chapter04-93.jpg

图4-20 单点接地方式图

当3条线分别引到接地点焊接时,其等效电路如图4-21a所示。这种情况下,各设备的地电位仅与各自的地电流I及地线电阻有关,不受其他电路的影响,对防止各电路之间的相互干扰及地回路干扰是很有效的。特别是在电路频率较低、连接导线比较短的场合,经常采用这种接地方式。它的缺点是不适用于高频电路;对于并列设备多的情况,需要很多根连接地线,结构笨重;设备越多,势必布局分散,使地线导线加长,还会由于各地线间相互耦合,使线间电感耦合和电容耦合增大。

978-7-111-42346-1-Chapter04-94.jpg

图4-21 单点接地的等效电路图

单点接地的另一种实际布线的等效电路如图4-21b所示。图中A、B、C各点的电位不仅不为零,且受其他电路的影响。因此,从防止噪声和干扰角度分析,这种接地方式不适用,不过因其结构较简单,各电路的接地线短,所以在设备机柜中是常用的一种接地方式。但如果各电路的地线中电流相差很大时就不能使用,因为各电路会通过接地线相互影响。在采用这种接地方式时还必须注意要把最低电平电路放在最靠近接地点A处,以使B点及C点的电位受影响最小。

(2)多点接地方式

多点接地是指设备中各单元电路直接连接到地线上,有多个接地点,如图4-22a所示。图中的地线分别连至最近的低阻抗地线上,对于高频电路,为了降低地线阻抗,一般均采用多点接地方式。地线是机壳相连的扁粗金属导体或机壳本身,其感抗很小。

978-7-111-42346-1-Chapter04-95.jpg

图4-22 多点接地及等效电路图

多点接地等效电路如图4-22b所示。为了降低电路的地电位,每个电路的地线应尽量缩短,以便降低地线阻抗。在导体截面相同的情况下,矩形截面的周边较圆形截面的周边长。为了减少电阻,常用矩形截面导体做地线,通常还在地线上镀银,以提高其表面电导率

多点接地系统的优点是电路的构成比单点接地简单,而且由于接地线短,接地线上可能出现的高驻波显著减小。但由于多点接地后,设备内部会增加许多地线回路,它们对较低电平的电路会带来不良影响。

对于低频(<1MHz)和公共接地面尺寸小的情况,要选用单点接地方式。对于高频(>10MHz)和公共接地面尺寸大的情况,要选用多点接地方式。介于两者之间的情况,频率为1~10MHz时,一般采用混合接地方式。(www.xing528.com)

(3)混合接地方式

在有些设备中,既有高频部分又有低频部分。此时应分别对待,低频电路采用单点接地,高频电路需多点接地。这种接地体系称为混合接地系统。如图4-23所示。实际混合设备的情况比较复杂,很难通过某一种简单的接方式来解决问题,因此混合接地应用更为普遍。

978-7-111-42346-1-Chapter04-96.jpg

图4-23 设备的混合接地方式图

(4)悬浮接地方式

悬浮接地又称为浮地,就是将电路或设备的信号接地系统与结构地或其他导电物体相隔离,如图4-24所示。图中列举了3个设备,它们内部都各有自己的参考“地”,通过低阻抗导线连接至信号地,但信号地与建筑物结构地及其他导电物隔离。采用浮地连接方式可使地中存在的干扰电流不致传导到信号电路。

978-7-111-42346-1-Chapter04-97.jpg

图4-24 设备的浮地系统图

浮地系统的干扰耦合取决于浮地系统和附近导体的隔离程度,在一些大系统中往往很难做到理想的浮地,对于高频更难实现真正的浮地。特别当浮地系统靠近高压线时,可能堆积静电荷形成危害;或引起静电放电,形成干扰电流。电源漏电、雷击都可能在机壳与信号系统之间产生电火花。因此,除了防止结构地线或附近导体有大干扰电流流动影响信号系统外,一般不采用浮地方式。

(5)高频电路的接地

在高频电路中,导线时电感最为重要,即使在低频时,导线上的电抗也可能比电阻要大。导线较短、较粗或距离地面较低时,自感量较低。导线的直径通常由导线上的最大允许电压降来确定,而导线电压降与导线电阻和最大电流直接相关。改变导线横截面形状,可改变导线的交流电阻值。矩形横截面导线(俗称扁线)的交流电阻值比圆导线低,因为每单位横截面上具有较大的表面积,而且矩形横截面导线的电感也小。所以它是较好的高频导线,也是良好的接地导线,在低频电路中也同样适用。故高频导线以取“短、直、粗”为宜。

当频率高于10MHz时,电路应采用多点接地。多点接地的接线要短,这样就减小了电感L和电阻R。高频电流由于集肤效应而沿导体表面流动,所以多点接地时,要在接地面上镀银,减小地表面的阻抗。

在多级高频电路中,由于高频电流线和地线之间的寄生电容耦合,接地面上的感应高频电流大,因此,各单元电路要按先后次序排列,并且接地线要直线布置,避免地电流的重叠,称作直尺结构。

(6)信号电缆屏蔽层的接地

屏蔽电缆抑制干扰的能力除与其屏蔽层本身的质量有关外,还与屏蔽层的接地方法密切相关。即使用同一种电缆,由于传输信号的频率不同。屏蔽层也应采用不同的方法接地。以同轴电缆为例,在传输高频信号时,屏蔽层应采用两点或多点接地;传输低频信号时,屏蔽层应单点接地。此外屏蔽层接地点的选择对抑制干扰的能力亦有较大的影响。

(7)多芯插座的接地

电子设备内电路的结构单元(印刷电路板、电路插件等)中有电源馈线、地线、信号线、控制线等,它们是通过多芯插座与其他单元作电气连接,组成一个完整的设备。

对于放大电路的多芯插座来说,为了减小高电平强信号输出线对低电平弱信号输入线的耦合,应将输出线分配在插座的一侧,输入线分配在另一侧,使两者远离。地线安排在两信号导线的内侧,可减小信号线引脚间的分布电容,起辅助屏蔽作用。电源馈线对交流信号呈低电位,它在多线插座上的分配原则与地线相同。

所选用的多线插座引线脚的数量通常多于印刷电路板所需外连接的数量。地线、电源线以及大电流的信号线等,每一线都可并联占用多线插座的两个或多个引线脚,以减小接触电阻,提高连线的可靠性

(8)大型复杂电子设备接地

大型复杂电子设备中往往包含多种电子电路和多种电机、电器等电气组件,它们的地线一般应如图4-25所示分组敷设,分为信号地线、噪声地线和金属地线等,这是解决地线干扰,行之有效的方法。

复杂电子设备的地线系统可按下述步骤考虑:

①分析设备内各类电气部件的主要干扰特性和类型;

②搞清楚设备内各电路单元的工作电平、信号种类和抗干扰能力;

③按电气部件和电路特性分类划组,确定相应的地线种类和数量;

④画出总体布局图,排出地线系统图,拟定结构实施方案。

978-7-111-42346-1-Chapter04-98.jpg

图4-25 地线的分组图

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈